Una fábrica de vidrio europea encargó recientemente un sistema compacto sistema de análisis de gases de captura de carbono para el proyecto de captura de carbono. El proyecto se centró en dos objetivos. Primero, el cliente quería comprender el comportamiento dinámico del proceso de fusión del vidrio. Segundo, la planta necesitaba un monitoreo estable en línea de la pureza del CO₂ antes del procesamiento posterior de la captura de carbono.
Un sistema completo de captura de carbono generalmente incluye tres secciones principales:
- Captura de CO₂
- transporte de CO₂
- utilización o almacenamiento de CO₂
Entre ellas, la etapa de captura es la parte más delicada de todo el proceso. Es aquí donde el sistema de análisis de gases de captura de carbono desempeña un papel fundamental.
En lugar de abordar la captura de carbono únicamente desde una perspectiva teórica, este artículo presentará un sistema real y personalizado de análisis de gases para la captura de carbono, utilizado en una planta industrial de vidrio.
¿Por qué la industria del vidrio necesita un sistema de análisis de gases con captura de carbono?
Diseñamos el sistema de análisis de gases de captura de carbono Como sistema integrado de monitorización en línea, permite medir continuamente la composición de los gases de combustión antes, durante y después del proceso de captura de carbono. Esto ayuda a los operarios de la planta de vidrio a comprender las condiciones del proceso en tiempo real dentro del flujo de gases de combustión y a mantener un rendimiento estable en la captura de CO₂ ante variaciones en la carga industrial.
La fabricación de vidrio genera gases de combustión a alta temperatura con concentraciones fluctuantes. La temperatura del horno, la calidad del combustible, la eficiencia de la combustión, el flujo de aire y la tasa de producción pueden afectar las condiciones de los gases de combustión. Sin una monitorización continua de los gases, los operarios no pueden evaluar con precisión la eficiencia de captura, el rendimiento del disolvente ni la pureza del CO₂. El muestreo manual tradicional no proporciona una visibilidad continua del proceso. Los operarios suelen pasar por alto los cambios rápidos de concentración en la corriente de gases de combustión. Un sistema de análisis de gases en línea específico resuelve este problema mediante la medición continua y el muestreo automatizado.
En la práctica industrial, el sistema de análisis de gases en línea hace mucho más que simplemente medir el CO₂. Además, ayuda a los operadores a:
- optimizar las condiciones de combustión
- reducir la degradación del disolvente
- detectar inestabilidad del proceso
- proteger los equipos de purificación posteriores
- mejorar la eficiencia de captura de carbono
- mantener la fiabilidad del sistema a largo plazo
¿Qué componentes gaseosos requieren monitorización continua en un sistema de análisis de gases para la captura de carbono?
Los distintos componentes gaseosos influyen directamente en la estabilidad y la eficiencia del proceso de captura de carbono. Cada gas requiere una tecnología de medición adecuada según su rango de concentración, las condiciones del proceso y la resistencia a las interferencias. Por ejemplo, los hornos de vidrio liberan grandes volúmenes de CO₂, CO, SO₂ y NOx durante la combustión. Estos gases afectan directamente la eficiencia de la captura de carbono y la calidad de la purificación posterior.
Sistema de análisis de gases de captura de carbono Componentes y tecnologías de medición
| Componente de gas | Rango de medición | Tecnología | POR QUÉ ES IMPORTANTE |
| O₂ | 0–1000 ppm | ECD | Determina la eficiencia y pureza de la captura. |
| CO₂ | 0-100% | NDIR | Mide la concentración y pureza del CO₂. |
| CO | 0–100 ppm | NDIR | Refleja una combustión incompleta |
| SO₂ | 0–50 ppm | UV-DOAS | Puede dañar los disolventes de captura de carbono. |
| NO₂ | 0–100 ppm | UV-DOAS | Impacta en los sistemas de purificación posteriores |
La tecnología NDIR se utiliza ampliamente para la medición de CO₂ y CO debido a su alta estabilidad y gran resistencia a las interferencias industriales. Además, ofrece un rendimiento especialmente bueno en entornos con alta humedad y alta concentración de CO₂.
La tecnología UV-DOAS ofrece una excelente capacidad de detección de SO₂ y NO₂ a bajas concentraciones. Además, proporciona una gran inmunidad contra la interferencia del polvo y la humedad en aplicaciones de gases de combustión.
Para la medición de niveles ultrabajos de oxígeno, el sistema utiliza tecnología ECD para monitorizar las condiciones de combustión y el equilibrio del proceso con alta sensibilidad.
En conjunto, estas tecnologías crean un sistema estable de análisis de gases de captura de carbono para una operación de captura de carbono a largo plazo.
¿Cuáles son los componentes principales de un sistema de análisis de gases de captura de carbono?
El personalizado sistema de análisis de gases de captura de carbono El sistema utilizado en la planta de vidrio consta de cuatro secciones principales. Cada sección realiza una tarea específica para garantizar una monitorización estable de los gases en línea bajo exigentes condiciones industriales.
1. Unidad de muestreo
La unidad de muestreo es el punto de partida de todo el sistema.
Incluye:
- sección de tubería de muestreo soldada preincrustada
- válvula de bola
- accesorios terminales
- tubería de transporte de muestras
Un extremo de la sección de muestreo está soldado directamente a la tubería de gases de combustión del proceso. El otro extremo se conecta a la línea de muestreo calentada que conduce al armario del analizador.
Por un lado, este diseño ayuda a mantener una extracción de gas representativa, minimizando el riesgo de fugas y la pérdida de muestras durante el transporte. Por otro lado, en aplicaciones de captura de carbono a alta temperatura, un muestreo estable es fundamental, ya que las condiciones de los gases de combustión pueden fluctuar rápidamente durante el funcionamiento del horno.
2. Unidad de acondicionamiento de gas de muestra
Los gases de combustión sin tratar no son aptos para la medición directa con analizadores.
Para garantizar una monitorización en línea estable, el sistema integra:
- sistema de condensador de dos etapas
- unidad de filtración de gas
- Bomba de muestreo Bühler
La muestra de gas entra primero en los condensadores, donde se eliminan la humedad y el condensado. A continuación, el gas pasa por varias etapas de filtración para eliminar las partículas antes de entrar en los analizadores de gas.
Este proceso de acondicionamiento protege los componentes ópticos sensibles y mejora la estabilidad del analizador de gases durante su funcionamiento prolongado. Sin un acondicionamiento adecuado del gas, problemas como la condensación, la contaminación por polvo y la suciedad en la cámara óptica pueden afectar rápidamente la precisión de las mediciones.
3. Unidad de control automático
Todo el sistema de análisis de gases funciona automáticamente a través de una plataforma de control basada en PLC.
Los componentes clave incluyen:
- Sistema de control PLC Siemens
- relés intermedios
- válvulas solenoides instaladas en cada punto de control de gas
El PLC gestiona automáticamente el muestreo de gas, la conmutación de válvulas, el control del estado del sistema y la comunicación de señales.
Este diseño automático reduce la intervención manual y mejora la consistencia general del sistema. Además, facilita su integración en sistemas de control industrial modernos y plataformas de monitorización centralizadas. En grandes plantas industriales, el funcionamiento automático contribuye a mantener un rendimiento de medición estable las 24 horas del día.
4. Unidad de análisis de gases y salida de datos
La sección de análisis de gases y salida de datos es la parte central del sistema de análisis de gases de captura de carbono. El sistema utiliza tres analizadores de gases de combustión en línea que ofrecen alta estabilidad, bajos requisitos de mantenimiento, capacidad de medición continua en línea e interfaz de usuario intuitiva.
Los analizadores de gases monitorizan continuamente los componentes gaseosos clave dentro del flujo de gases de combustión del horno de vidrio y transmiten los datos de medición al sistema de control de la planta en tiempo real.
Los analizadores de gases están equipados con:
- Salida analógica de 4–20 mA
- Comunicación serie RS485
- Interfaz de comunicación RS232
- Pantalla LCD y pantalla táctil completa
Mediante cables de señal blindados, los datos de concentración de gas se pueden transmitir directamente a la sala de control central del cliente para: monitorización centralizada, optimización de procesos, análisis de tendencias, gestión de alarmas y registro de datos históricos. Esto permite a los operadores responder con rapidez a los cambios en el proceso y mantener una operación estable de captura de carbono durante largos ciclos de producción.
¿Cómo funciona el flujo de trabajo del sistema de análisis de gases de captura de carbono?
| NO. | Símbolo | Nombre | Función |
| 1 | SV1 | Válvula solenoide bidireccional (normalmente cerrada) | Drenaje del filtro |
| 2 | SV2 | Válvula solenoide de tres vías y dos posiciones | Válvula solenoide de protección/ventilación |
| 3 | SV3 | Válvula solenoide bidireccional (normalmente cerrada) | Válvula solenoide de comunicación atmosférica |
| 4 | V1 | Válvula manual de tres vías y dos posiciones | Conmutación de muestreo/calibración |
| 5 | FT1 | Filtro primario | Filtro de primer nivel |
| 6 | FT2 | Filtro de precisión | Filtro secundario |
| 7 | WBJ | Alarma de humedad | Alarma de humedad |
| 8 | CINCO | Bomba de muestreo | Extracción de gas de muestra |
| 9 | P | bomba peristáltica | Drenaje del condensador |
| 10 | LJ | Medidor de corriente | Cortocircuito de derivación |
| 11 | CG | Condensador | Condensación de gas de muestra |
| 12 | TS | Frasco de silicona que cambia de color | Eliminar el agua del gas de muestra |
| 13 | PSG | Tubo de desagüe | Drenaje |
| 14 | PQG | tubo de escape de gases | Escape |
| 15 | SV11 | Válvula solenoide bidireccional (normalmente cerrada) | Haga pasar aire comprimido |
| 16 | SV12 | Válvula solenoide bidireccional (normalmente cerrada) | Muestreo |
El principio de funcionamiento de un sistema de análisis de gases de captura de carbono El proceso comienza con una extracción fiable de los gases de combustión. Una sonda de muestreo instalada directamente en la tubería de proceso extrae continuamente los gases de combustión del horno o chimenea. A continuación, el gas circula por la línea de muestreo calentada hasta el armario del analizador de gases. Sin embargo, los gases de combustión sin tratar no pueden entrar directamente en los analizadores. Los gases de combustión industriales suelen contener alta humedad, condensado, polvo, partículas finas y componentes corrosivos.
Estos contaminantes pueden dañar los sensores, contaminar las cámaras ópticas y reducir la estabilidad de las mediciones. Para solucionar este problema, el sistema realiza varias etapas de acondicionamiento de gases antes del análisis.
Dentro del gabinete del analizador, el gas pasa por el siguiente proceso:
1. Condensación en dos etapas
La primera etapa elimina la humedad y el condensado líquido del gas de muestra. Este paso protege los componentes posteriores y estabiliza las condiciones del gas.
2. Filtración primaria
Se eliminan las partículas de polvo e impurezas de mayor tamaño para evitar la contaminación en el interior del conducto de gas.
3. Bombeo de gas de muestra
Una bomba de muestreo Bühler proporciona un transporte de gas estable y mantiene un flujo de muestra constante hacia los analizadores.
4. Filtración de precisión
Un filtro de alta precisión elimina las partículas de tamaño superior a 1 μm antes de que el gas entre en los analizadores.
5. Análisis de gases en línea
El gas, una vez acondicionado por completo, entra finalmente en los analizadores de gases de combustión en línea para su medición continua.
Este proceso de acondicionamiento integral mejora significativamente la fiabilidad de las mediciones a largo plazo, al tiempo que reduce la frecuencia del mantenimiento en entornos industriales exigentes.
En los proyectos reales de captura de carbono, el acondicionamiento estable de la muestra suele ser tan importante como el propio analizador de gases. Muchas lecturas inestables no se deben a fallos en el sensor, sino a la humedad, la acumulación de polvo o un tratamiento inadecuado del gas dentro del sistema de muestreo.
Conclusión
El personalizado sistema de análisis de gases de captura de carbono Este artículo muestra cómo el análisis de gases en línea puede respaldar proyectos de captura de carbono en condiciones industriales extremas, incluyendo entornos de gases de combustión con alta temperatura, humedad y polvo. Desde el muestreo y acondicionamiento de gases hasta NDIR, UV-DOAS, ECD, automatización PLC y salida de datos centralizada, cada componente del sistema afecta directamente la precisión de la medición y la confiabilidad del proceso.
Si está planificando un proyecto de captura de carbono o modernizando una instalación CCUS existente, ahora es el momento idóneo para evaluar su capacidad actual de monitoreo de gases. Los analizadores de gases obsoletos, los sistemas de muestreo inestables o la medición incompleta de gases pueden limitar el rendimiento general de la captura.
Un mejor análisis de gases conduce a mejores resultados en la captura de carbono.
Preguntas más frecuentes:
1: ¿Qué es un sistema de análisis de gases de captura de carbono?
A sistema de análisis de gases de captura de carbono Es un sistema de monitorización en línea que se utiliza para medir continuamente la composición de los gases de combustión durante el proceso de captura de carbono. Generalmente analiza gases como CO₂, O₂, CO, SO₂ y NOx para ayudar a los operadores a controlar la eficiencia de la captura, optimizar las condiciones del proceso y garantizar el funcionamiento estable del sistema. El sistema suele incluir unidades de muestreo y acondicionamiento de gases, analizadores, control PLC y comunicación de datos.
2: ¿Por qué es importante el control de la pureza del CO₂ en la captura de carbono?
La pureza del CO₂ afecta directamente la seguridad de los oleoductos, el rendimiento de los solventes, su utilización posterior y el cumplimiento normativo. Las impurezas como SOx, NOx, humedad, hidrocarburos u oxígeno pueden causar corrosión, reducir la calidad del almacenamiento y dañar los equipos. El monitoreo continuo de la pureza del CO₂ ayuda a los operadores a mantener un rendimiento de captura estable y a cumplir con las especificaciones de transporte o almacenamiento.
3: ¿Qué tecnologías de análisis de gases se utilizan en los sistemas de captura de carbono?
En las aplicaciones de captura de carbono se utilizan habitualmente diversas tecnologías de análisis:
- NDIR para la medición de CO₂ y CO
- UV-DOAS para la monitorización de SO₂ y NO₂
- ECD para análisis de O₂ de bajo nivel
- FTIR para el monitoreo de impurezas multicomponentes
- Cromatografía de gases (GC) para el análisis detallado de la composición de gases.
La tecnología seleccionada depende de la composición del gas, el rango de medición, el tiempo de respuesta y las condiciones del proceso.
4. ¿Qué gases deben controlarse en las aplicaciones de captura de carbono?
Los gases que se controlan con mayor frecuencia son:
- CO₂ para eficiencia y pureza de captura
- O₂ para la optimización de la combustión y la detección de fugas.
- CO para el rendimiento de la combustión
- SO₂ y NOx para la protección de disolventes y el control de emisiones
- Humedad e impurezas traza para la seguridad de las tuberías y la prevención de la corrosión
En función del diseño del proceso, las distintas industrias también pueden controlar el CH₄, el H₂S, el NH₃ o los hidrocarburos.
5. ¿Pueden los sistemas de análisis de gases de captura de carbono funcionar en entornos de alta temperatura?
Sí. Industrial Sistemas de análisis de gases de captura de carbono Están diseñados para condiciones de funcionamiento extremas, incluyendo aplicaciones con gases de combustión a alta temperatura. El sistema suele utilizar sondas de muestreo calefactadas, condensadores, filtros y unidades de acondicionamiento de muestras para reducir la temperatura del gas y eliminar la humedad o el polvo antes de que este entre en el analizador. Un acondicionamiento adecuado de la muestra es fundamental para obtener mediciones estables a largo plazo.
6: ¿Por qué es importante el monitoreo de SO₂ y NO₂ en los procesos de captura de carbono?
El SO₂ y el NO₂ pueden afectar significativamente la eficiencia de la captura de carbono. Estos gases ácidos pueden reaccionar con los disolventes de captura, aumentar el riesgo de corrosión, reducir el rendimiento del absorbedor y contaminar las corrientes de CO₂ capturado. El monitoreo continuo ayuda a los operadores a proteger los equipos posteriores, mantener la estabilidad del disolvente y mejorar la confiabilidad general del proceso.
