BTS-BIO-CH4 Technology.
Basada en la Absorción Química.
Producción de Biometano.
(GNR)
Introducción.
El desarrollo actual de los biocombustibles como alternativa a los combustibles convencionales mira cada vez con mayor interés a la industria del transporte urbano y la de vehículos ligeros y pesados en las que ya es un hecho probado su aplicación y supone además una interesante promesa de futuro.
Al ser una fuente de energía renovable los biocombustibles son inagotables, limpios y se pueden utilizar de forma autogestionada. Su uso genera una menor contaminación ambiental y constituye una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas natural y el petróleo, en las que ya se observa un incremento en sus precios.
El biogás procedente de vertederos, EDARs y plantas de digestión supone un valioso material para la producción de biocombustibles y elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol.
El biogás es una mezcla de gases, formado principalmente por metano (CH4), CO2 y trazas de otros componentes entre los que se pueden citar: siloxanos, partículas, vapor de agua, H2S y otros. Para un uso adecuado de éste se requiere separar de él todos estos compuestos que son perjudiciales para la vida útil de los equipos involucrados en su aprovechamiento como biocombustible.
Actualmente, existen diferentes técnicas/métodos que permiten la transformación del biogás en un gas con características similares al gas natural (PCI constante y elevado), lo cual le convierte en un material con unas amplias posibilidades de uso.
- La absorción en agua (con o sin recirculación del agua usada)
- La absorción en compuestos organicos
- Tamices moleculares. Presión o temperatura oscilatoria.
- La separación por membrana.
- La absorción química.
- Separación criogénesis,
Figura 1.- Nueva propuesta tecnológica
Desarrollo.
Una de las técnicas que garantiza un acondicionamiento del biogás, a bajas presiones, para su aprovechamiento potencial como biocombustible es la absorción química. Mediante este proceso se elimina en gran medida el CO2 y H2S contenido en él, permitiendo elevar el nivel de CH4 en la corriente hasta valores cercanos al 99 %. Así se garantiza un gas con un PCI elevado y constante, que puede ser utilizado como combustible para la automoción (BPA) o su inyección en la red de gas natural (BPR). De este proceso se obtiene además una corriente residual rica en CO2.
- Acondicionamiento/limpieza del biogás. Eliminación de compuestos indeseables, humedad, partículas, siloxanos, etc.
- Concentración del biogás en CH4 por eliminación de los gases ácidos: CO2 y H2S.
- Regeneración del solvente por destilación fraccionada.
- Secado del gas resultante del proceso de concentración del biogás.
- Odorización, compresión y almacenamiento.
La figura 2 representa un diagrama de flujo de las operaciones que se requieren para el acondicionamiento del biogás generado en vertedero o plantas de metanización. Como se aprecia las operaciones involucradas en dicha tecnología están relacionadas básicamente con el transporte de fluido, la transferencia de calor y masa. Especial énfasis se pone en la transferencia de masa pues la misma está combinada con una reacción química, la de gases ácidos (CO2 y H2S) con una base.
El biogás procedente del vertedero o planta de digestion pasa a la sección de acondicionamiento/limpieza del biogás, dónde se le eliminan los diferentes componentes indeseables: humedad, siloxanos, partículas, COVs, BTEX y H2S. Para lograr esta limpieza se combinan las técnicas de enfriamiento y adsorción.
Una vez el biogás limpio entra a la torre de absorción se lava con una solución de monoetanolamina. Ambas corrientes fluyen en contracorriente a través del relleno el cual tiene la función de aumentar la superficie de contacto entre ambas fases. Así se garantiza un mejor desarrollo de la reacción que tiene lugar y facilita la transferencia del CO2 hasta la fase líquida. En esta etapa se eleva la concentración del CH4 y se eliminan además otros componentes indeseables del biogás como el H2S.
El líquido con alta concentración en CO2 es enviado al sistema de recuperación de disolvente (destilación), regenerándose por calentamiento, eliminando el CO2 y enviándolo para su reutilización a proceso.
El biogás limpio y enriquecido en CH4 sale de la torre de absorción y pasa al sistema de secado. Para garantizar un gas adecuado para su compresión y almacenamiento se seca mediante la combinación de enfriamiento y adsorción física en lecho de silicagel o alumina activa lo que permite alcanzar un nivel de sequedad correspondiente a un punto de rocío cercano a los –40 ºC.
El biogás seco y enriquecido se envía a la planta de compresión previa odorización con finalidad de detectar posibles fugas. En esta etapa, se eleva la presión del gas según su futura utilización; hasta 250 bares para uso en la automoción, es decir, abastecimientos de coches y camiones o hasta 12 bar para su inyección en red. Para desarrollar esta etapa se hace uso de un compresor que lo suministra al tanque de almacenamiento y distribución.
2.3.- Equipos que conforman la tecnología.
La tecnología para el tratamiento del biogás generado en vertedero o plantas de digestión cuenta de los equipos que a continuación se describen.
Acondicionamiento/limpieza del biogás: Este sistema está formado por un intercambiador de calor tubulares y filtros de carbón activo. La combinación de ambas técnicas garantiza un biogás adecuado para su tratamiento, minimizando el uso del carbón activo. El sistema se diseña para operar entre 6 a 12 meses, dependiendo de la carga de contaminantes y el caudal a tratar.
Concentración/enriquecimiento del biogás en CH4. La operación aplicada es la absorción. Consiste en lavar el biogás con un solvente químico adecuado, en este caso, con una alkanoamina para eliminar de esta corriente hasta el 98 % del CO2 contenido en él. Como resultado del proceso se obtiene un gas enriquecido en CH4, con características similares a la del gas natural. El sistema está formado por una torre de absorción, esta puede ser de plato o de relleno. Por su bajo coste de capital y operativo se hace uso de una torre de relleno estructurado construido en inox-304
Regeneración del solvente: La regeneración del solvente se hace por destilación. De esta manera se separa el solvente usado del CO2 eliminado en la corriente de biogás. El solvente se vuelve a utilizar en le operación de absorción, mientras que el CO2 es comprimido para otros usos (llenado de extintores de incendio, producción de hielo seco o para la industria de bebidas y licores). El sistema está formado por una torre de plato o de relleno, calderín, condensador y caldera (vapor o aceite térmico).
Secado del gas: Este sistema, al igual que el de acondicionamiento del biogás está formado por un equipo de intercambio térmico de superficie y columnas de adsorción. Su finalidad es garantizar un gas seco para su compresión y almacenamiento. Para ello, se puede utilizar la adsorción en silicagel o alúmina activa.
Odorificación del biometano. El biometano por su elevada contracción en CH4 es inodoro por lo cual al igual que al gas natural necesita ser odorificado para su detección durante su manejo. Equipos de odorificación se introducen en esta tecnología para satisfacer este requerimiento.
Compresión y almacenamiento: Una vez que el biogás está concentrado y seco se envía a la estación de compresión dónde se comprime hasta valores cercanos a los 250 bares. A esta presión se introduce en el tanque de almacenamiento. Este último permite distribuir y alimentar a otros depósitos para su distribución a diferentes estaciones.
Recuperación del CO2. La corriente resultante del proceso de recuperación del reactivo (amina) es una corriente con una elevada concentración del CO2 > 97 % por lo que se recupera para su futura aplicación.
Resultado.
La figura 4. Vista aérea de la tecnología BTS-Bio-CH4
Figura 2.-Tecnológica en operación. Lavado Qco con aminas
Ventajas de la tecnología.
- Opera a bajas presiones. Lo que reduce coste de equipamiento y consumo de energía.
- El reactivo químico utilizado es selectivo. Se reducen a un máximo las pérdidas de metano (CH4). El metano es 21 veces más contaminante que el CO2.
- Fácil y bajo coste de tratamiento de los efluentes del proceso. El CO2 por su alta pureza (> 98 %) puede ser recuperado para otros usos (llenado de extintores de incendio, producción de hielo seco, industria de bebidas y licores).
- La demanda eléctrica del proceso no supera los 0.15 kWh/Nm3.
- Perdida de CH4 en la corriente residual son muy bajas
- Elevada pureza del biometano > 98 %
- Garantiza un mayor cuidado del medioambiente. No emite gases contaminantes a la atmósfera.
- La reducción del coste de enriquecimiento del biogás es superior a otras tecnologías con el aumento de la capacidad de tratamiento.
Invitación.
25ª edición del Curso.
"Operación de Instalaciones de Captación, limpieza y uso del Biogás"
Octubre-2024
Más información.
Biogas & Gases Technologies (BGasTech)
Telf: +34930019877.
www.bgastech.com
