Jul 13,2026
Il gas naturale, il gas di raffineria e il gas petrolio liquefatto (GPL) contengono comunemente solfuro di idrogeno (H 2S) e anidride carbonica (CO 2). Questi gas acidi devono essere rimossi prima che il gas possa essere trasportato o ulteriormente trattato. Tra le tecnologie disponibili per il trattamento dei gas, l’assorbimento con ammine rimane la più diffusa grazie alla sua elevata efficienza di rimozione e alla possibilità di rigenerare il solvente per un funzionamento continuo.
Negli impianti moderni di desolfurazione del gas, solventi come MDEA (metildietanolammina), DEA (dietanolammina) e MEA (monoetanolammina) circolano continuamente tra l'assorbitore e il rigeneratore. Sebbene questi solventi amminici siano riciclabili, durante il funzionamento prolungato si contaminano progressivamente. Idrocarburi pesanti, prodotti di degradazione, sali termicamente stabili, particelle di corrosione, oli lubrificanti e altre impurità si accumulano nella soluzione in circolazione. Una volta che il livello di contaminazione raggiunge una certa soglia, le prestazioni complessive del sistema amminico iniziano a deteriorarsi.
Per questo motivo, la filtrazione con carbone attivo è diventata un componente standard in molti sistemi di trattamento con ammine. Piuttosto che rimuovere direttamente l'H₂S, il carbone attivo mantiene la pulizia del solvente, consentendo alla soluzione amminica di operare con l'efficienza progettata per un periodo molto più lungo.
Ogni unità di amine e' esposta a contaminanti provenienti da molteplici fonti. Il gas di alimentazione introduce spesso idrocarburi condensabili, oli da compressore e particelle solide fini. Nel frattempo, la corrosione interna genera solfuro di ferro e particelle di ruggine, mentre il riscaldamento ripetuto durante la rigenerazione dei solventi produce gradualmente composti di degradazione che si dissolvono nella soluzione di amine.
Molti di questi contaminanti non possono essere rimossi con filtri meccanici convenzionali perché sono disciolti piuttosto che sospesi. Con l'aumentare della contaminazione, gli operatori notano in genere una schiumazione instabile, una ridotta efficienza di assorbimento, un aumento della caduta di pressione e maggiori perdite di solventi. In casi gravi, una contaminazione eccessiva può anche costringere a chiudere il sistema per sostituire il solvente o per pulire l'attrezzatura.
Tra i vari solventi aminici, la MDEA è ampiamente utilizzata grazie alla sua eccellente selettività nella rimozione dell’H₂S. Tuttavia, un funzionamento prolungato porta inevitabilmente all’accumulo di idrocarburi, sali termicamente stabili, prodotti di degradazione, particelle di ferro e altri contaminanti. Queste impurità non solo riducono l’efficienza della desolforazione, ma costituiscono anche una delle principali sfide operative negli impianti amina: la schiumatura dell’amina.
La schiumatura dell’amina è una delle cause più comuni di perdite operative. Una schiumatura grave provoca il trascinamento di liquido, un aumento della differenza di pressione attraverso gli assorbitori e i rigeneratori, una riduzione della capacità di trattamento e un’efficienza inferiore del trasferimento di massa. Di conseguenza, il gas naturale trattato potrebbe non rispettare le specifiche relative all’H₂S. Inoltre, grandi quantità di soluzione amminica possono essere trasportate a valle insieme alla schiuma, causando perdite chimiche continue. Gli operatori sono spesso costretti a ridurre la portata dell’impianto e ad iniettare continuamente agenti antischiuma, con un notevole aumento dei costi operativi.
Le cause principali della schiumatura sono gli idrocarburi pesanti (C5+), gli oli lubrificanti, gli oli per compressori, i solidi sospesi e i prodotti di degradazione dell'ammina. Queste sostanze agiscono come tensioattivi, riducendo la tensione superficiale della soluzione di ammina e favorendo la formazione di schiuma persistente.
Pertanto, il mantenimento della qualità del solvente è altrettanto importante quanto la scelta della formulazione di ammina appropriata.
La carbona attiva granulare (GAC) viene generalmente installata in un circuito di filtrazione laterale, nel quale una parte della soluzione di ammina povera passa continuamente attraverso il letto di carbona attiva prima di ritornare nel processo.
Grazie alla sua struttura porosa altamente sviluppata e alla sua enorme superficie interna, la carbona attiva adsorbe efficacemente un’ampia gamma di contaminanti organici disciolti.
A differenza dei filtri a cartuccia o a sacco, che rimuovono principalmente i solidi sospesi, il carbone attivo cattura idrocarburi, prodotti di degradazione, tensioattivi, acidi organici e altri composti responsabili dell’intorbidamento del solvente. Rimuovendo continuamente queste impurità, il carbone attivo mantiene la qualità del solvente senza interrompere il funzionamento dell’impianto.
Un solvente più pulito non solo migliora l’efficienza del trattamento dei gas, ma estende anche la durata operativa del solvente, riduce la frequenza di sostituzione e abbassa i costi operativi a lungo termine.
Nei sistemi di circolazione delle ammine, l’adsorbimento mediante carbone attivo rappresenta uno dei metodi più efficaci per prevenire la formazione di schiuma e l’intorbidamento. Invece di trattenere semplicemente le particelle, il carbone attivo elimina i contaminanti attraverso l’adsorbimento, un processo di separazione superficiale basato sulle interazioni molecolari.
Carbone attivo rimuove efficacemente i sali termicamente stabili, i prodotti di degradazione, gli idrocarburi, gli agenti schiumogeni e le impurità colorate dalle soluzioni amminiche. Nei sistemi MDEA, la sua funzione principale è l’eliminazione degli idrocarburi e dei contaminanti responsabili della formazione di schiuma.
La schiumatura è uno dei problemi operativi più comuni nelle unità di trattamento con ammine. La schiuma stabile riduce il contatto gas-liquido all’interno dell’assorbitore, diminuendo l’efficienza di rimozione di H 2S e CO₂, mentre aumenta il trascinamento del solvente e il consumo energetico necessario per la rigenerazione.
L’esperienza sul campo dimostra costantemente che una schiumatura eccessiva è strettamente associata all’accumulo di contaminanti organici nel solvente. Il carbone attivo riduce efficacemente la concentrazione di tali composti, rendendo la schiuma meno stabile e consentendo alle bolle di collassare più rapidamente.
Studi su soluzioni contaminate di MDEA hanno dimostrato che un contatto sufficiente tra carbone attivo e solvente migliora in modo significativo l’efficienza della rimozione dei contaminanti. Gli impianti dotati di un efficace filtrazione con carbone attivo registrano generalmente un numero minore di fenomeni di schiumatura, un funzionamento più stabile e una maggiore durata del solvente.
La ricerca indica inoltre che le prestazioni antischiuma del carbone attivo dipendono direttamente sia dal tempo di contatto sia dalla quantità utilizzata. È generalmente richiesto un tempo minimo di contatto di circa 15 minuti per ottenere una rimozione soddisfacente dei contaminanti e una riduzione della schiumatura. L’aumento della quantità di carbone attivo riduce ulteriormente la schiumatura, con studi che riportano una relazione quasi lineare fino a circa il 50% in peso. Misurazioni della tensione superficiale hanno confermato che soluzioni di MDEA fortemente schiumogene possono essere purificate fino a uno stato quasi privo di schiuma dopo un trattamento adeguato con carbone attivo.
Non tutti i carboni attivi attivati offrono le stesse prestazioni nelle applicazioni di filtrazione delle ammine. L’efficienza di adsorbimento dipende dalla struttura dei pori, dalla materia prima, dalla resistenza meccanica e dalla distribuzione dimensionale delle particelle.
Un carbonio attivo granulare di alta qualità deve possedere una rete porosa ben sviluppata, in grado di adsorbire contaminanti organici, mantenendo al contempo un’eccellente durezza per resistere a un funzionamento continuo con usura minima.
Per le raffinerie e gli impianti di trattamento del gas naturale, la scelta del carbonio attivo appropriato influisce direttamente sulle prestazioni di purificazione. I principali criteri di selezione includono:
Numero di iodio: indica la capacità di adsorbimento per molecole piccole. Il carbonio attivo per la filtrazione delle ammine richiede generalmente un valore di iodio superiore a 900 mg/g; valori di iodio più elevati garantiscono in genere prestazioni di adsorbimento migliori.
Struttura dei pori: Questo è il fattore più critico. Gli idrocarburi pesanti, le gomme e gli asfalteni sono molecole relativamente grandi, rendendo essenziale una struttura ben sviluppata di mesopori (2–50 nm) e macropori (>50 nm). Il carbone attivo derivato dai gusci di cocco è ricco di micropori ed è ideale per l’adsorbimento di piccoli prodotti di degradazione, mentre il carbone attivo pellettizzato di origine carbonifera offre una percentuale maggiore di mesopori, risultando quindi più adatto alla rimozione di idrocarburi e sostanze schiumogene. Un’eccessiva microporosità da sola potrebbe essere ostruita da piccole molecole, riducendo l’adsorbimento di contaminanti di dimensioni maggiori.
Resistenza meccanica: Nei sistemi liquidi pressurizzati con circolazione continua, il carbone attivo a bassa resistenza si frammenta facilmente in polveri fini, che possono aggravare il fenomeno della schiuma e intasare i filtri di precisione a valle. Si raccomanda generalmente una durezza superiore al 95%.
Superficie specifica: si raccomanda una superficie specifica di almeno 800 m²/g per garantire una capacità di adsorbimento sufficiente, mentre i prodotti premium superano spesso i 1.000 m²/g.
La scelta del carbone attivo appropriato e il monitoraggio regolare della qualità del solvente possono migliorare in modo significativo le prestazioni di filtrazione e prolungare la durata operativa.
In un grande impianto di trattamento del gas naturale afflitto da una grave schiumatura dell’MDEA, la sostituzione del mezzo filtrante con carbone attivo granulare di granulometria 8 *–30 mesh ha eliminato completamente la schiumatura, ripristinando le normali differenze di pressione sia nell’assorbitore che nel rigeneratore, stabilizzando i livelli di H 2S entro le specifiche del gas prodotto, riducendo le perdite di ammina trascinata di oltre il 70% e abbattendo drasticamente il consumo di agenti antischiuma.
In un altro impianto, carbone attivo a base di carbone il filtro installato a valle della pompa di circolazione dell’ammina ha ridotto la schiumosità del 90%, migliorato la stabilità complessiva del sistema e abbassato il consumo energetico di rigenerazione di circa il 15%. Rapporti del settore indicano inoltre che sistemi di filtrazione a carbone attivo progettati correttamente possono ridurre i costi di reintegro dell’ammina del 15–30% e diminuire di quasi il 50% le fermate non programmate.
Conclusione
Sebbene il carbone attivo non sostituisca i solventi aminici per la rimozione dei gas acidi, svolge un ruolo fondamentale nel mantenere la pulizia del solvente e garantire il funzionamento stabile delle unità di bonifica del gas. Rimuovendo i contaminanti organici disciolti che i filtri meccanici non sono in grado di trattenere, il carbone attivo riduce al minimo la schiumosità, limita l’intasamento, migliora l’efficienza del trattamento del gas ed estende la vita utile del solvente.
Mentre gli impianti di trattamento del gas naturale continuano a concentrarsi sull'affidabilità operativa e sulla riduzione dei costi, un sistema di filtrazione a carbone attivo progettato correttamente rimane uno degli investimenti più pratici ed economicamente vantaggiosi per massimizzare le prestazioni a lungo termine degli impianti di trattamento con ammine.
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