Conceptos básicos del biogás y sus tecnologías para la limpieza y acondicionamiento en la EDAR

Conceptos básicos del biogás y sus tecnologías para la limpieza y acondicionamiento en la EDAR

24/10/2014

Conceptos básicos del biogás y sus tecnologías para la limpieza y acondicionamiento en la EDAR



Autor: Joaquín Reina Herdz

Blog: www.ewtech-ing.com

Introducción

 
El sector energético es uno de los más importantes y de mayor desarrollo actual. El mundo ha comprendido desde el siglo XX, que debe renovar y ampliar sus fuentes de energía para poder satisfacer las necesidades crecientes de la sociedad cuidando el medioambiente.
 
El biogás procedente de vertederos, plantas de metanización y depuración de aguas residuales constituye un valioso material para la producción de energía, biocombustibles y elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol.
 
Al ser una fuente de energía renovable es inagotables, limpios y se pueden utilizar de forma auto gestionada. Su uso genera una menor contaminación ambiental y constituyen una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas natural y el petróleo, dónde ya se observa un incremento en sus precios.
 
Actualmente ha tomado mucho interés el desarrollo de la producción y valorización energética del biogás como vía de valorización de residuos y solución a los problemas de déficit energético actuales.
 
Generalmente cuando se habla en este sentido, se habla de las tecnologías de producción de biogás (plantas de metanización, tipo bioreactores, vertederos etc). Otro de los tema que también se trata muy comúnmente son los tipos de máquinas utilizada para su aprovechamiento energético (motores, turbinas, calderas, pila de combustible, etc.).
 
Sin embargo, muy poco se comenta sobre las técnicas de limpieza del biogás que son necesarias para garantizar un biogás apto para ser usado en mencionadas máquinas lo que garantiza un buen funcionamiento de las mismas y unos coste de explotación/operación apropiados para dichas instalaciones y que constituyen una de las partes fundamentales de toda instalación de producción-valorización del biogás.
 
 

Conceptos básicos

 
Para entender un poco el tema (tecnologías para la limpieza/acondicionamiento) es necesario conocer algunos conceptos básicos vinculados con el tema en cuestión.
 
a).- Biogás. Es el gas procedente del proceso de digestion anaerobia de la materia organica. Pero como gas, se considera un gas multicomponente, tanto en su composición básica (CH4 , CO2 , H2 , O2 , N2 , vapor de agua, etc.) como, en sus componentes perjudiciales (NH3 , siloxanos, hidrocarburos halogenados [F y Cl] , BTEX, VOCs, H2S, etc).
 
b).- Tipos de biogás (origen/procedencia). Según proceso
 
  • Natural. Vertedero. (Siloxanos↑, H2S, Hidrocarburos halogenados, etc)
  • Controlado
  1. Tratamiento de aguas residuales. (Siloxanos y H2S) ↑
  2. Tratameinto de FORSU
  3. Planta de biometanización. (H2S, NH3) ↑ Purines, residuos agrícola, etc.)
 
 
 
Acondicionamiento. Es dar al biogás el grado de limpieza, humedad, temperatura y presión requerida para su  futura aplicación.
 
Limpieza. Eliminación parcial o total de los componentes indeseables para su aplicación como biocombustible.
 
Enriquecimiento. Elevar el  porcentaje en CH4  hasta valores similares al del GN (PCI elevado y constante).
 
 

Partes componentes de una instalación de biogás

 
1.- Producción del biogás (sistema de DA)
 
  • Vertederos
  • Plantas de metanización. Aguas residuales, residuos agrícolas, residuo de alta carga orgánica. (industria alimenticia, cárnica, bebidas y licores etc.)
 
2.- Captación-limpieza
 
  • Estación de medición y control (vertedero)
  • Sistema de bombeo. Soplantes
  • Planta de limpieza. Tecnicas/métodos de limpieza según componente perjudicial
 
3.- Sistema de valorización/aprovechamiento. Motores, turbinas, calderas, pilas de combustible, planta de producción de biocombustible.
 
Necesidad de la limpieza/acondicionamiento:
 
  1. Un óptimo funcionamiento de las máquinas (motores, turbinas, calderas, pilas de combustible, vehículos, etc.) relacionadas con su aprovechamiento como combustible.
  2. Reducción del coste de mantenimiento (reparación y cambio de aceites) de las máquinas involucradas en este tipo de instalación.
  3. Una vida útil prolongada de las máquinas y equipos utilizados para su bombeo, extracción y compresión (soplantes y compresores).
  4. Una mejora en las emisiones de los gases de escape de las máquinas motoras.
  5. Evitar concentraciones toxicas al ser humano (principalmente H2S).
 

Métodos y técnicas de limpieza del biogás

 
Específico
 
  • Los biofiltros y filtros de hierro. Reducción de H2S. ejemplo
  • Trampa de vapor y condensación. Reducción de humedad
 
Generales
 
  • Carbón activo (H2S, siloxanos, vapor, hidrocarburos halogenados, etc.)
  • Combinación de métodos ((H2S, siloxanos, vapor, hidrocarburos halogenados, etc.)
 
 
 
 
 
La elección de uno u otro método depende en gran medida de la aplicación, grado de limpieza deseado, costes operativos/explotación. La tabla que a continuación se presenta puede constituir una guía para establecer el tipo de limpieza y alcance deseado.
 

¿Qué componentes se deben reducir/eliminar y por qué?

 
1.- Vapor de agua. El vapor de agua disminuye drásticamente el PCI del biogás, así como, facilita la formación de ácidos corrosivos.
 
2.- Hidrocarburos halogenados. Particularmente aquellos que poseen cloro y flúor favorecen la corrosión de las partes internas de las máquinas.
 
3.- Sulfuro de hidrógeno (H2S). Prevenir la corrosión y evitar concentraciones tóxicas para el ser humano, así como, prevenir la formación de óxidos de azufre (SO2) que posibilita la formación del ácido sulfuroso (H2SO3) que es altamente corrosivo.
 
4.- Siloxanos. Evitar la deposición de sílice en las diferentes partes internas de las máquinas, con ello, eliminar la posibilidad de desgastes de partes y piezas y la perdida de estabilidad de partes que giran a gran velocidad.
 

Métodos/técnicas de eliminación

 
1.- Vapor de agua (H2O)
 
Método de condensación
 
a) Separador de gotas
b) Hidrociclones
c) Trampas de vapor
d) Sellos de aguas
 
Método de secado
 
a) Enfriamiento
b) Adsorción en silicagel
c) Lavado con Glicol
 
 
2.- Sulfuro de hidrógeno (H2S)
 
Método en origen
 
a) Dosificación de cloruro del hierro
b) Inyección de aire
 
Método en línea
 
Seco
 
a) Pelet de madera impregnado en oxido de hierro, pelet de óxido de hierro
b) Carbón activado impregnado (NaOH 0 KOH), carbón activado catalítico
 
Húmedo
 
c) Lavado: Agua a presión, Selexol, NaOH (simple etapa-doble etapa)
d) Biolavado (bioscrubber)
e) Oxido de hierro en solución
 
 
3.- Siloxanos (CxHyOzSIn)
 
a) Refrigeración hasta 4 ºC
b) Subenfriamiento hasta -25 ºC
c) Adsorción en carbón activo
d) Adsorción en silicagel
e) Lavado con hidrocarburos
f) Combinación de técnicas. Tecnología Biolimp-Siloxa
 
 

Tecnología Biolimp-Siloxa

 
La tecnología para el acondicionamiento/limpieza del biogás (Biolimp-Siloxa) cuenta con un conjunto de equipos que interconectados entre sí permite eliminar por medio físico (térmico y adsorción) contenido en humedad, siloxanos, compuestos halogenados y H2S, así como reducir la temperatura del gas hasta valores permisibles para la entrada a motores o para la elaboración de productos químicos. A su vez, puede constituir la etapa previa para la producción de biogás para la automoción o su inyección a red de gas natural.
 
Para ello, cuenta con diferentes elementos internos que garantizan tal resultado. En ella se combinan las operaciones siguientes: Técnica de condensación: Separador de gotas y Trampas de vapor. Lavado por borboteo en agua. Técnica de secado. Por enfriamiento y calentamiento del biogás. Técnica de adsorción. Carbón activo en función del componentes mayoritario.
 
Esta planta es el resultado de tres años de investigación de nuestro grupo Energy & Waste Tech que dirige el Dr. Joaquin Reina Herdz.
 
Más información sobre esta tecnología en www.ewtech-ing.com
 
 

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