La guia completa sobre la desulfuració moderna de gasos d'escapament: Tecnologies, tendències i aplicacions industrials

Les normatives sobre qualitat de l'aire arreu del món s'han anat estrenyent durant la darrera dècada, obligant centrals elèctriques, siderúrgiques, productores de ciment i empreses químiques a actualitzar els seus sistemes de neteja de gasos d'escapament. Al centre d'aquestes exigències medioambientals hi ha desulfuració de gasos d'escapament (FGD) —el procés essencial per eliminar el diòxid de sofre (SO₂) dels corrents d'escapament industrials.

A mesura que les indústries transiten cap a operacions més verdes i eficients, les tecnologies FGD continuen evolucionant. Des del mètode ben establert de calç-gips fins als nous enfocaments basats en amoníac, cada solució ofereix avantatges diferents en termes d'eficiència, cost, estabilitat operativa i recuperació de subproductes.

Aquest article ofereix una visió general completa de les tecnologies de desulfuració, els seus mecanismes principals, escenaris d'aplicació i tendències industrials globals, dissenyat per a enginyers, gestors de compres, contractistes EPC i professionals medioambientals que busquen informació fiable i actualitzada.

1. Per què és important la desulfuració

El diòxid de sofre és un contaminant important generat per la combustió de combustibles fòssils, reaccions metal·lúrgiques i processos industrials pesats. Sense un tractament adequat, les emissions de SO₂ contribueixen a:

• Pluja àcida

• Formació de boira tòxica

• Problemes respiratoris greus

• Acidificació del sòl

• Danys en equips, edificis i conreus

Les regulacions a Europa, Orient Mitjà, Àsia Oriental i Xina ara exigeixen habitualment que les emissions de SO₂ arribin fins a 35 mg/Nm³ , cosa que fa obligatoris els sistemes FGD per a moltes centrals.

Els clients industrials també s'enfronten a una pressió creixent per part dels compradors internacionals, inversors ESG i compromisos de neutralitat de carboni, tots els quals fan del control d'emissions una prioritat estratègica, no només una obligació de compliment normatiu.

2. Tecnologies principals utilitzades en la desulfuració de gasos de xemeneia

Els mètodes FGD es poden classificar bàsicament en molls, semisecs i secs processos. Cadascun té els seus propis principis químics, condicions operatives i indústries adequades.

2.1 Desulfuració molla amb pedra calcària–guix (WFGD)

Aquest és el mètode de desulfuració més utilitzat en centrals tèrmiques de carbó i calderes industrials grans.

Principi del procés:

El SO₂ del gas d'escapament reacciona amb la suspensió de pedra calcària (CaCO₃) per formar sulfit de calci, que posteriorment s'oxida a guix (CaSO₄·2H₂O).

Principals avantatges:

• Alta i estable eficiència de retirada del SO₂ (95–99%)

• Tecnologia madura i fiable

• Apropiat per a instal·lacions a gran escala

• El subproducte de guix es pot vendre com a material de construcció

Limitacions:

• Alt consum d'aigua

• Major superfície ocupada

• Inversió Inicial Alta

• Requisits de manteniment per a l'escuma i canonades de la suspensió

Malgrat els inconvenients, el procés de pedra calcària-guix continua sent el més utilitzat mundialment en centrals tèrmiques i sistemes de combustió grans degut a la seva estabilitat i trajectòria demostrada.

2.2 Desulfuració basada en amoníac (NH₃-FGD)

Els darrers anys, la desulfuració amb amoníac ha guanyat força impuls, especialment a plantes químiques, acereries, foses de ferrosilici, plantes de coqueria i calderes industrials .

Principi del procés:

El SO₂ reacciona amb l'amoníac per formar sulfit/bisulfit d'amoni, que després s'oxida per produir fertilitzant de sulfat d'amoni .

Vantatges:

• Eficiència de retirada de SO₂ del 97%

• Capacitat d'absorció de NO₂—desulfuració simultània i desnitrificació parcial

• Zero descàrrega d’aigües residuals

• Subproducte valuós: sulfat d'amoni

• Sense incrustacions, operació més senzilla que la del procés de guixos de pedra calcària

Desafiaments:

• Requereix un subministrament estable d'amoníac

• Control de l'escapament d'amoníac

• Requisits més elevats de seguretat i ventilació

Per a les indústries que busquen tant la reducció d'emesions com l'eficiència de recursos, la desulfurització basada en amoníac s'està convertint cada cop més en una opció preferida.

2.3 Desulfurització semieseca (SDA) / Absorció en aspersor

Els sistemes semiesecs són freqüents en cementeres, instal·lacions de residus a energia, unitats elèctriques petites i calderes de biomassa .

Característiques:

• Utilitza calç hidratada

• Requereix poca aigua

• Eficiència mitjana de retirada de SO₂ (70–90%)

• Cost d'inversió baix

• Operació senzilla i manteniment reduït

Tot i que els sistemes semisecs no poden assolir els nivells d'emissió ultra-baixos exigits en alguns països, continuen sent una solució econòmica per a instal·lacions més petites o antigues.

2.4 Desulfuració seca

Els processos secs impliquen la injecció de sorbents secs directament al gas d'escapament. Normalment s'utilitzen per a:

• Forns industrials petits

• Forns de vidre

• Corrents d'escapament amb baix contingut de SO₂

• Projectes de modernització amb espai limitat

Els sistemes secs són compactes i fàcils de mantenir, però la seva eficiència i compleció de la reacció són inferiors a les dels sistemes humits.

3. Com triar la tecnologia de desulfuració adequada

La selecció d'un sistema FGD apropiat implica avaluar diversos factors:

3.1 Concentració de SO₂ i cabal de gasos d'escapament

• Alt SO₂ + gran cabal → preferir sistemes humits (pedra calcària o amoníac)

• SO₂ mitjà → semisec

• SO₂ baix → absorció seca

3.2 Recursos hídrics i regulacions locals

• Les regions amb escassetat d'aigua (Orient Mitjà) poden preferir el sistema semisec

• Per a les normatives més estrictes, calen amoníac o pedra calcària-geper

3.3 Aprofitament dels subproductes

• Si una planta té compradors per a fertilitzants, dessulfurització d'amonies esdevé més econòmic

• Els mercats de guix varien internacionalment

3.4 Consideracions de CAPEX i OPEX

El cost total inclou electricitat, sorbents, manteniment, mà d'obra, consumibles i manipulació de guix o sulfat d'amoni. Molts clients actualment prioriten el cost operatiu a llarg termini sobre la inversió inicial .

4. Components clau d'un sistema FGD eficient

Les unitats modernes de desulfuració inclouen:

• Torre absorbent o depurador

• Sistema de preparació de suspensió

• Equipament d'aire d'oxidació

• Eliminadors de boira

• Bombes de circulació

• Sistemes de maneig de subproductes (guix, sulfat d'amoni)

• Sistemes de secat i envasat (per a solucions basades en amoníac)

• Automatització i monitoratge en línia

L'alta fiabilitat de l'absorbidor, les bombes i els eliminadors de boira determina directament el rendiment en la retirada de SO₂.

5. Tendències globals en la tecnologia de desulfuració

5.1 Canvi cap a sistemes FGD de recuperació de recursos

Els governs i clients demanen cada vegada més solucions d'economia circular. Els sistemes basats en amoníac s'ajusten bé a aquesta tendència, produint sulfat d'amoni de qualitat fertilitzant en lloc de malgastar guix.

5.2 Més sistemes híbrids i integrats

La desulfuració dels gasos d'escapament (FGD) ara sovint es combina amb:

• Desnitrogenació SCR/SNCR

• Eliminació de pols

• Control ampli de la contaminació

• Tractament de VOCs

Els sistemes moderns estan optimitzats per aconseguir emissions ultra baixes en un procés integrat únic .

5.3 Digitalització i control intel·ligent

La monitorització basada en IA, l'optimització del cabal de pH/amoniàc i la predicció automàtica d'incrustacions s'estan convertint en estàndard en instal·lacions avançades.

5.4 Expansió als mercats emergents

Els països del Pròxim Orient, el sud-est asiàtic, Àfrica i Amèrica del Sud estan actualitzant ràpidament els seus estàndards medioambientals. La demanda creix especialment en:

• Aràbia Saudita

• EUA

• Indonèsia

• Vietnam

• Índia

• Kazakhstan

Per als contractistes EPC i proveïdors d'equipaments, aquestes regions representen oportunitats de mercat importants.

6. Aplicacions de casos: on la desulfuració dels gasos d'escapament té més impacte

6.1 Centrals tèrmiques de carbó

Encara és la base d'instal·lacions més gran al món, que normalment utilitza sistemes de guix pedra calcària o d'amoni per complir amb les emissions ultra baixes.

6.2 Plantes de ferrosilici i metal·lúrgiques

Els gasos de combustió sovint contenen alt contingut de SO₂ i partícules. La desulfuració amb amoni combinada amb la retirada de pols és molt eficaç.

6.3 Indústria del coque i química del carbó

Medis rics en amoniaca i càrregues variables de SO₂ fan que la FGD amb amoni sigui especialment adequada.

6.4 Ciment i plantes de residus a energia

Els sistemes semisecs i secs predominen a causa de l'espai limitat i la menor disponibilitat d'aigua.

7. Perspectiva futura: cap a una combustió sense emissions

A mesura que el món industrial avança cap a la neutralitat de carboni, la tecnologia de desulfuració continuarà evolucionant cap a:

• Aigües residuals nul·les

• Menor consum d'energia

• Valor més alt del subproducte

• Control digital de tot el procés

• Integració amb la captura de CO₂

La DGS continua sent una de les tecnologies ambientals més essencials per a la indústria pesant, i el seu paper només augmentarà a mesura que els estàndards de qualitat de l'aire s'estringuin globalment.

Conclusió

La desulfuració de gasos de combustió ja no és només un requisit ambiental, sinó una inversió a llarg termini en un funcionament industrial sostenible i competitiu. La tria d’un sistema de desulfuració amb pedra calcària-escorça, basat en amoníac, semisec o sec per part d’una planta depèn dels requisits d’emissions, la normativa local, els costos operatius i el valor dels subproductes.

Per a les empreses que busquen emissions ultra baixes i beneficis econòmics, les sistemes modernes de desulfuració basades en amoníac i els sistemes híbrids de control de múltiples contaminants representen la nova direcció de la indústria.