Viernes, septiembre 22, 2017

PURIFICACIÓN EN FASE GASEOSA

Los carbones activados para aplicaciones en FASE GASEOSA son usados en gran escala, en la purificación de aire, purificación de gases de proceso, recuperación de solventes, protección ambiental y como catalizador.

La naturaleza y concentración del contaminante, junto con las condiciones específicas del proceso determinan que tipo de carbón debe utilizarse, generalmente debido a que el tamaño de las moléculas de los vapores es relativamente pequeño, se requiere del uso de carbones microscópicos. En algunas aplicaciones, la actividad del carbón es mejorada impregnándolo con agentes catalíticos o quemiadsortivos.

La adsorción en fase gas, se lleva a cabo por condensación del vapor, como resultado de la interacción entre la superficie del carbón y el vapor, siendo ésta una reacción exotérmica.

El proceso de adsorción en fase gas, puede describirse por ecuaciones empíricas especiales tales como la Teoría BET o las ecuaciones de DUBININ.

La ecuación de DUBININ relaciona la capacidad de adsorción en equilibrio para un cierto tipo de carbón a una determinada temperatura, con la concentración de vapor existente en la corriente de gas que requiere ser purificada.

Los parámetros más importantes de los que depende el buen desempeño de los carbones activados en fase gas son:

1.- Concentración del adsorbato

Solo cuando la corriente de vapor a tratar esté completamente saturada, todos los poros del carbón se llenarán con el adsorbato. Entre más baja sea la concentración del adsorbato solo los microporos más pequeños poseen la energía de adsorción suficiente para adsorberlo.

2.- Temperatura de adsorción

En términos generales a mayor temperatura se reduce la capacidad de adsorción debido a:
a. Contenido de energía

A mayor temperatura se incrementa el contenido de energía, por lo que el adsorbato requiere de mayor energía para mantenerse en estado líquido, lo que influirá de manera directa en equilibrio de adsorción.

b. Presión de vapor saturado

A mayor temperatura se incrementa la presión de vapor por lo que es más difícil mantener al adsorbato en estado líquido.

c. Densidad del adsorbato

La densidad del adsorbato disminuye al aumentar la temperatura

3.- Naturaleza del adsorbato

Mientras más compleja sea la mezcla de adsorbato a tratar con mayor facilidad será adsorbida

4.- Punto de ebullición del adsorbato

Entre más alto es el punto de ebullición del adsorbato se requiere de un carbón con mayor grado de actividad.

5.- Humedad relativa del carbón

Una alta humedad relativa conduce a un alto contenido de humedad en el carbón lo que inhibe fuertemente su capacidad de adsorción.

Variables de un sistema de fase gas

tabla1Diferencias entre adsorción en fase líquida y fase gas

tabla2Las aplicaciones para fase gaseosa pueden dividirse en varios grupos:

1. Purificación de gases de proceso

El carbón activado es particularmente efectivo para adsorber impurezas presentes en concentraciones de ppm a estos niveles normalmente cualquier otra técnica resulta más costosa. El carbón activado puede adsorber casi cualquier contaminante orgánico.

Las impurezas con temperatura de ebullición más alta, son más fácilmente absorbibles con carbón activado, si la impureza tiene un punto de ebullición bajo, es posible usar algún carbón Impregnado para mejorar la eficiencia.

Algunos ejemplos de este tipo de aplicación son:

• Remoción de contaminantes ácidos como: SO2, NO2, HCI, HF, Cl2
• Remoción de compuestos sulfurosos tales como: H2S, mercaptanos y otros presentes en corrientes de:
CO2, H2, CH4 y N2
• Eliminación de residuos de aceite lubricante presentes en aire o gases comprimidos.
• Remoción de trazas de vapores de mercurio presentes en combustibles gaseosos.

En todas estas aplicaciones normalmente unos cuantos segundos son suficientes para lograr la adsorción.

2. Purificación de aire

El carbón activado normalmente es el medio más eficiente para controlar las emisiones peligrosas o de malos olores de una gran variedad de procesos industriales, principalmente cuando el contaminante está presente en una concentración máxima de cientos de ppm.

Al igual que en el caso anterior, mientras más alto sea el punto de ebullición de la impureza, más eficiente será la adsorción.

Dependiendo de la eficiencia de remoción requerida, el tiempo de contacto necesario podrá ser de fracciones de segundo. Los flujos de aire oscilan entre 0.05 y 0.4 m/segundo un valor común es de 0.25 m/segundo.

3. Recuperación de solventes.

En muchos procesos industriales que utilizan solventes orgánicos se tienen pérdidas por evaporación de los mismos. El uso de sistemas con carbón activado permite su recuperación a un costo que en muchos casos resulta menor que el costo del solvente recuperado; estos sistemas consisten de dos etapas:

1) En una primer etapa, la corriente de gas y solvente pasa a través de una cama de carbón. El carbón adsorbe los vapores hasta saturarse.

2) En una segunda etapa, el adsorbedor sale de operación y se somete a un proceso de “desorción” para lo cual se pasa a través de la cama de carbón una corriente de vapor de baja presión o un gas inerte caliente. Una vez completado el ciclo de “desorción” el adsorbedor vuelve a entrar en operación. Por su parte, el solvente es recuperado de los condensados o del gas inerte por alguna técnica de separación apropiada.

En este tipo de aplicaciones es recomendable manejar una temperatura lo más baja posible (menos de 50 °C) y se requiere que la humedad relativa del aire sea menor a 70% (mientras más baja mejor).

El tiempo de contacto normalmente oscila entre 2 y 4 segundos y la altura de carbón entre 50 y 150 cm.

4. Otras.

Existen algunas otras aplicaciones de carbón activado en fase gaseosa entre las que destacan:

– Mascarillas industriales y respiradores como protección contra gases tóxicos.
– Mascarillas para uso militar.
– Como catalizador o soporte de catalizador, por ejemplo en el proceso “MEROX” de endulzado de gasolinas.

En todos los casos anteriores, se recomienda el uso de carbones activados granulares o peletizados que proporcionen una alta dureza y un adecuado comportamiento de flujo y caída de presión.

Los carbones para FASE GASEOSA se caracterizan por tener una gran cantidad de microporos.

Como se mencionó anteriormente, los factores que afectan la longitud de la zona de transferencia de masa y caída de presión en la fase líquida, también aplican en este caso; sin embargo, existen algunos factores adicionales que se deben considerar al diseñar un sistema de fase gaseosa, como es la humedad relativa. En estos casos es conveniente realizar evaluaciones a nivel piloto y consultar a su especialista de CLARIMEX.