Comparación entre el método de absorción química y el método de adsorción por presión variable PSA
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Principios básicos del método de absorción química: Bajo la acción de un catalizador, se utiliza una solución de absorción para aprovechar la reacción de neutralización ácido-base con el fin de absorber sustancias ácidas presentes en el biogás, como el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno. Además, también es posible absorber gases solubles en agua, como el amoníaco. El gas que ha absorbido diversas impurezas es liberado de estas y de otros gases a través del sistema de autolimpieza de la solución y del sistema de regeneración de gases, permitiendo así que la solución sea reutilizada. El gas regenerado contiene el 95% de dióxido de carbono, que puede ser purificado aún más para venderse como producto. Este método requiere el uso de aproximadamente el 5% del biogás para generar vapor destinado a la producción. Método de adsorción por presión parcial: Este método consiste en hacer pasar el gas a través de un lecho de adsorbente. Gracias a la capacidad diferente del adsorbente para absorber diferentes gases, se logra que la mayor parte de uno (o varios) de los gases presentes en la mezcla quede adsorbida en el lecho, mientras que solo una pequeña cantidad escapa ； Dejar que la mayor parte del otro gas (o de los gases) presente en la mezcla se escape, mientras que una pequeña cantidad queda adsorbida en el lecho ； De este modo, se logra aumentar la concentración de los gases en el gas de salida. Este método es adecuado cuando las capacidades de adsorción de los diferentes componentes del gas a separar por parte del adsorbente difieren significativamente. Esto depende de la magnitud de las diferencias en propiedades como el peso molecular y el tamaño molecular de los componentes del material a separar. Cuanto mayores sean estas diferencias, más fácil será la separación; además, el costo de la separación será menor y el rendimiento mayor. Por el contrario, cuanto menor sea la diferencia, más difícil será la separación; además, el costo de esta separación será mayor y el rendimiento, menor.
2. Comparación selectiva: Método de absorción química: El método de absorción química tiene una alta selectividad para la separación del dióxido de carbono y el metano. La solución reacciona rápidamente con los gases ácidos como el dióxido de carbono, pero no reacciona con el metano. Mientras se purifica el biogás, también se desea eliminar junto con él todas las demás sustancias ácidas. Por lo tanto, el método de absorción química es especialmente adecuado en las instalaciones para la purificación del metano a partir del biogás. Método de adsorción por presión variable PSA: Como se puede ver a partir de su principio de funcionamiento, la selectividad del adsorbente hacia los gases depende en gran medida de las propiedades de las moléculas gaseosas. En el caso de la separación de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, la selectividad es muy buena, la tasa de recuperación es alta y el consumo de energía es bajo. Esta es precisamente la razón por la cual el método PSA se utiliza ampliamente en la producción de hidrógeno, así como en la separación y purificación de gas de agua, gas semihídrico y gas de coquería. Pero en cuanto a la separación del dióxido de carbono y el metano, dado que la capacidad de adsorción del adsorbente sobre estos dos gases es muy similar, de hecho se trata de dos sustancias cuya separación es considerada económicamente difícil en la industria de la adsorción a presión variable. Es precisamente porque el adsorbente tiene una selectividad deficiente hacia estos dos gases
3. Comparación de rendimientos: Método de absorción química: Dado que el método de absorción química tiene una alta selectividad para la separación del dióxido de carbono y el metano, la solución reacciona rápidamente con los gases ácidos como el dióxido de carbono, pero casi no reacciona con el metano. Esto es lo que determina su alto rendimiento. Casi todo el metano se recupera. Método de adsorción por presión parcial: Como se puede observar a partir de la descripción del principio, la selectividad del adsorbente hacia los gases depende fundamentalmente de las propiedades de las moléculas gaseosas. En el caso de la separación entre dióxido de carbono y metano, como la capacidad de adsorción del adsorbente hacia estos dos gases es bastante similar, para aumentar la concentración de uno de ellos, es necesario disminuir significativamente el rendimiento obtenido. Según la tecnología actual, para lograr una concentración de metano en el producto del 95%, la tasa de rendimiento es inferior al 50%.
4. Comparación de concentraciones de productos: Método de absorción química: El método de absorción química determina la concentración de gas en la salida, basándose en la presión parcial del vapor en la superficie de la solución. Por lo tanto, al regenerar la solución, ajustando adecuadamente la cantidad de dióxido de carbono residual en ella, se puede regular la presión parcial de vapor de dióxido de carbono en la superficie de la solución durante el proceso de absorción, con el fin de ajustar la concentración de dióxido de carbono. Si en el biogás no hay gases inertes como nitrógeno u oxígeno, se puede lograr una concentración de metano superior al 99%. Método de adsorción por presión parcial: Como ya se ha explicado anteriormente, para la separación del dióxido de carbono del metano, dado que la capacidad de adsorción del adsorbente sobre estos dos gases es muy similar, para aumentar la concentración de uno de ellos, suele ser necesario disminuir significativamente el rendimiento obtenido. Según la tecnología actual, para lograr que la concentración de metano en el gas producido sea del 95%, la tasa de rendimiento es inferior al 50%. Para alcanzar más del 98%, la tecnología actual prácticamente no lo permite.
5. Comparación de consumos (suponiendo que ambos métodos produzcan gas natural envasado a 20 MPa y 95% de pureza):
Método de absorción química: Los principales costos operativos en este método son el consumo de energía para la compresión, el consumo de energía de las bombas de circulación, una pequeña cantidad de agua adicional necesaria, y el consumo de vapor.
Método de adsorción por presión variable PSA: En este método, los principales costos operativos también son el consumo de energía para la compresión, el consumo de energía de las válvulas programables, y una pequeña cantidad de agua adicional necesaria. A primera vista, parece que el método PSA no requiere consumo de vapor. Pero en realidad, el vapor necesario para el método de absorción química puede obtenerse reduciendo en un 5% la tasa de producción de biogás, de modo que se pueda obtener todo el vapor necesario. De esta manera, el rendimiento del metano puede ser del 94 al 95%, mientras que el método de adsorción por presión variable PSA solo alcanza un rendimiento de aproximadamente el 45%. Debido a las diferencias en la tasa de recuperación del gas, el consumo energético para comprimir volúmenes iguales de gas natural comprimido varía mucho. El método de adsorción por presión diferencial PSA requiere comprimir el gas 2 a 3 veces más para lograr una producción similar a la del método de adsorción química; además, se generan grandes cantidades de gases residuales. Desde el punto de vista de la inversión, para una misma magnitud de inversión, el método de absorción química cuesta menos de un tercio del costo del método PSA de adsorción por presión variable. Al comparar el consumo de los dos métodos, el método de absorción química representa entre una quinta parte y un tercio del método de adsorción por presión variable PSA.
Método de absorción química: Los principales costos operativos en este método son el consumo de energía para la compresión, el consumo de energía de las bombas de circulación, una pequeña cantidad de agua adicional necesaria, y el consumo de vapor.
Método de adsorción por presión variable PSA: En este método, los principales costos operativos también son el consumo de energía para la compresión, el consumo de energía de las válvulas programables, y una pequeña cantidad de agua adicional necesaria. A primera vista, parece que el método PSA no requiere consumo de vapor. Pero en realidad, el vapor necesario para el método de absorción química puede obtenerse reduciendo en un 5% la tasa de producción de biogás, de modo que se pueda obtener todo el vapor necesario. De esta manera, el rendimiento del metano puede ser del 94 al 95%, mientras que el método de adsorción por presión variable PSA solo alcanza un rendimiento de aproximadamente el 45%. Debido a las diferencias en la tasa de recuperación del gas, el consumo energético para comprimir volúmenes iguales de gas natural comprimido varía mucho. El método de adsorción por presión diferencial PSA requiere comprimir el gas 2 a 3 veces más para lograr una producción similar a la del método de adsorción química; además, se generan grandes cantidades de gases residuales. Desde el punto de vista de la inversión, para una misma magnitud de inversión, el método de absorción química cuesta menos de un tercio del costo del método PSA de adsorción por presión variable. Al comparar el consumo de los dos métodos, el método de absorción química representa entre una quinta parte y un tercio del método de adsorción por presión variable PSA.
6. Grado de utilización integral de las materias primas. Método de absorción química: Como se ha explicado anteriormente, el método de absorción química ofrece una alta selectividad en la separación del dióxido de carbono y del metano. Por lo tanto, se logra un alto rendimiento en la extracción del metano. Además, el gas resultante no contiene metano, y la pureza del dióxido de carbono es elevada. Esto permite su procesamiento adicional para obtener productos de dióxido de carbono puro que puedan venderse. De esta manera, el método de separación por absorción química para purificar el biogás permite utilizar casi todo el gas de partida. Método de adsorción por presión parcial: Para la separación del dióxido de carbono del metano, como la capacidad de adsorción del adsorbente para estos dos gases es muy similar, para aumentar la concentración de uno de ellos, suele ser necesario disminuir significativamente el rendimiento como precio a pagar. Como se mencionó anteriormente, para que la concentración de metano en el gas de salida alcance el 95%, la tasa de rendimiento es inferior al 50%. Para alcanzar más del 98%, la tecnología actual prácticamente no lo permite. De esta manera, para producir gas natural envasado con un 95% de metano, el 75% del volumen total del gas utilizado como materia prima será emitido como gases residuales. Dichos gases contienen una gran cantidad de metano, lo que hace que la pureza del dióxido de carbono sea baja y, por lo tanto, no tenga valor para su reciclaje. Por lo tanto, en el proceso de separación del metano y el dióxido de carbono, no es adecuado utilizar el método de adsorción a presión variable PSA, ya que este método conlleva un alto consumo de recursos, bajos rendimientos, baja calidad del producto y una baja tasa de utilización.