Neteja de biogàs

Condorchem Envitech ofereix solucions completes per a la línia de captació i neteja del biogàs per a diferents plantes de biogàs independentment del seu origen (abocadors, EDAR o plantes de digestió). Aquestes solucions van des de l'enginyeria, el subministrament d'equips, tecnologies i posada en marxa de la planta.

El mòdul CLEAN-BGAS® MP DRY està concebut per reduir els components no desitjats del biogàs. Aquest mòdul es centra en refrigerar i fer passar el biogàs per carbó actiu, i es lliura muntat en una estructura que facilita la seva instal·lació, operació i manteniment.

Característiques de les nostres plantes de neteja de biogàs:

• Plantes optimitzades pel que fa al consum d'energia i reactiu.
• Operació automàtica.
• Redueix simultàniament tant humitat, hidrocarburs i siloxans, com parcialment H2S i NH3, segons necessitats del client.
• Sistema compacte. El que redueix espai i facilita el manteniment.
• Reducció, tant de la humitat relativa, com de la humitat absoluta del biogàs.

Atès que el biogàs no es pot utilitzar en plantes de cogeneració sense netejar, cal reduir el percentatge d’humitat i tots els compostos que poden escurçar la vida de qualsevol equip que utilitzi biogàs com a combustible.

Una de les parts fonamentals d’una planta de biogàs destinada a l’ús del biogàs com a biocombustible és la planta de captació i neteja. Aquesta planta de captació i neteja implica un conjunt d’equips i tecnologies que són necessaris per a una adequada planificació i ús del biogàs.

Parts components d’una instal·lació de neteja:

• Deshumidificació/assecat del biogàs. Eliminació d’humitat mitjançant pots de condensats, intercanviadors de calor i màquina de refrigeració.
• Sistemes de neteja: Filtre de carbó actiu, membranes i rentadors químics, entre altres que eliminen components no desitjats com H2S, siloxans, hidrocarburs, etc.

Aquestes plantes impliquen parts com:

• Sistema de canonades i equips (pot de condensats, separadors d’escumes, filtres de partícules, filtres de grava, etc.).
• Sistema de transport. Soplants centrífugs, de canal lateral i rotatius. Auxiliars com apagaespurnes, juntes d’expansió i vàlvules.
• Sistema de gestió del biogàs. Antorxa, gasòmetres i auxiliars.

Un procés basat en refredament, condensació, rentat amb aigua i absorció de carbó actiu.

El biogàs és una barreja de gasos composta principalment per CH4, CO2, vapor d’aigua i traces d’altres compostos (H2S, siloxans, NH3 i hidrocarburs entre altres). Per tal de poder utilitzar-lo en un sistema de CHP, cal reduir-ne el contingut d’humitat i eliminar tots els compostos perjudicials per garantir la durabilitat de l’equip implicat en la seva utilització com a biocombustible.

El mòdul CLEAN-BGAS® MP DRY garanteix la reducció d’aquests components (vapor d’aigua, partícules, H2S i siloxans). La tecnologia té dues parts: la refrigeració del biogàs i l’adsorció del carbó actiu. El carbó actiu es selecciona per al component perillós principal. Tot l’equip es lliura instal·lat sobre una base per facilitar la seva operació, manteniment i instal·lació.

• Producció de biogàs d’alta qualitat
• Redueix el consum energètic en un 30 %
• Adsorbent de llarga durada
• Baix cost de manteniment
• Completament automatitzat
• Millora les emissions de gasos d’escapament dels sistemes de cogeneració

• Eliminació de siloxans i hidrocarburs
• Eliminació del vapor d’aigua
• Eliminació de H2S i NH3
• Reducció de la temperatura
• Gas de vessament
• Gas d’aigües residuals

• Sistema modular
• Adequat per a tot tipus de biogàs
• Funcionament continuat des de la seva instal·lació
• Reducció simultània de temperatura, vapor d’aigua, H2S, NH3, hidrocarburs halogenats i siloxans
• Funciona en línies de buit o de pressió
• Incorpora un sistema de separació per a partícules i escuma
• Automatització completa
• Els filtres de carbó actiu són fàcils de manejar
• Ofereix biogàs d’alta qualitat
• Pot incloure un sistema de recuperació d’energia o recalentament

L’origen del biogàs es troba en la descomposició anaeròbica (putrefacció) de la matèria orgànica, i el seu contingut en metà (CH4) es troba en un ampli rang de valor, que oscil·la bàsicament entre 35 a 70 %, i que depèn en gran mesura del seu mètode de producció i tipus de matèries involucrades. La concentració en metà és qui atorga al biogàs la seva característica com a combustible. Aquest gas si es liberés a l’atmosfera contribuiria a l’augment de l’efecte hivernacle, el metà (CH4) és 21 vegades més contaminant que el CO2.

En aquest sentit, l’aprofitament del biogàs, com a combustible o matèria primera per a la producció d’altres productes, és la millor opció, i implica un benefici per al medi ambient, no només perquè s’evita l’emissió del gas metà a l’atmosfera, sinó perquè a més es redueix l’emissió d’altres gasos causants de l’efecte hivernacle, que resultarien per exemple, de la combustió de combustibles fòssils. Com a font d’energia renovable, el biogàs és una font inesgotable, neta i que es pot utilitzar de forma autogestionada. És una de les energies renovables més accessible, donada la facilitat de la seva obtenció. Així mateix, el seu ús genera una menor contaminació ambiental i constitueix una alternativa viable a l’esgotament d’energies fòssils, com el gas natural i el petroli, on a més s’ha observat un increment dels preus durant els últims anys.

Amb un poder calorífic inferior (PCI) que es troba en l’ordre dels 4.000 a 6.000 Kcal/m3, el biogàs es pot aprofitar per a producció i venda d’electricitat i calor, emprar com a biocarburant d’automoció, utilitzar per introduir-se a la xarxa de distribució de gas natural o com a matèria primera per a la producció d’H2 i metanol. No obstant això, la via d’aprofitament més eficaç del biogàs és la cogeneració, amb la qual s’obté al mateix temps energia elèctrica i tèrmica.

Aquests són els principals motius pels quals és necessari un procés de neteja del biogàs:

• Un funcionament òptim de les màquines (motores, turbines, calderes, piles de combustible, vehicles, etc.) relacionades amb el seu aprofitament com a combustible.
• Una vida útil prolongada de les màquines i equips utilitzats per al seu bombeig, extracció i compressió (bufadors i compressors).
• Una millora en les emissions dels gasos d’escapament de les màquines motores.
• Evitar concentracions tòxiques a l’operari (ésser humà).
• Reducció del cost de manteniment (reparació i canvi d’olis) de les màquines involucrades en aquest tipus d’instal·lació.
• Un funcionament òptim del sistema de captació, bombeig, emmagatzematge i distribució del biogàs.

La taula 1 mostra la composició típica del biogàs d’acord amb la seva procedència, és a dir, abocador o planta de metanització i al tipus de matèria a tractar.

Taula 1

Encara que tots els tipus de biogàs són aptes per a la producció de biometà, els procedents de processos controlats, són els que millor qualitat presenten per a la seva transformació en un gas amb característiques similars al GN, donada la concentració en metà (CH4) que es pot arribar a assolir i la menor concentració en components contaminants que presenten, entre ells l’O2.

Per a la seva aplicació, aprofitament com a material combustible o com a matèria primera per a l’elaboració de productes químics com el metanol i hidrogen, cal millorar la seva qualitat. Per això, es requereix eliminar-ne tots els components perjudicials que a continuació es descriuen.

És necessària la neteja del biogàs per a un funcionament òptim i rendiments de les màquines (motores, turbines, calderes, piles de combustible, etc.) relacionades amb el seu aprofitament com a combustible. Així aconseguim la reducció del cost de manteniment (reparació i canvi d’olis) de les màquines involucrades en aquest tipus d’instal·lació; una vida útil prolongada de les màquines i equips utilitzats per al seu bombeig, extracció i compressió (bufadors i compressors). A més una millora en les emissions dels gasos d’escapament de les màquines motores, complint les normes d’emissions a l’atmosfera. I finalment evitar concentracions tòxiques per a l’ésser humà, particularment concentracions de H2S.

Vapor d’aigua

El vapor d’aigua disminueix dràsticament el PCI del biogàs; per tal motiu, es veu afectat el rendiment energètic dels equips involucrats en la seva utilització com a biocombustible (motores, turbines, calderes, cremadores, etc.). Per això és adequat, abans de ser utilitzat com a material energètic, disminuir al màxim el seu contingut d’humitat per qualsevol mètode. Al seu torn, aquesta eliminació es fa necessària per evitar l’acumulació de condensats a la línia de gas i, amb ella, evitar la formació d’àcids corrosius, així com, l’obturació de les canonades.

Hidrocarburs halogenats i pesats

Els hidrocarburs halogenats fonamentalment els que contenen clor i fluor poden causar problemes de corrosió en els motors de generació d’electricitat, principalment a la cambra de combustió, vàlvules i capçal de cilindres, mentre que els hidrocarburs d’alt pes molecular en concentracions elevades poden provocar mal funcionament del motor degut a que el seu punt d’encesa difereix molt del punt d’encesa del biogàs (CH4). En molts casos aquests cremen parcialment provocant l’augment de la concentració de formaldehid, COVs i altres components en els gasos d’escapament d’aquest tipus de màquina.

Sulfur de hidrogen (H2S)

La desulfurització del biogàs és necessària per prevenir la corrosió i evitar concentracions tòxiques de sulfur d’hidrogen (H2S). Quan el biogàs es crema es formen òxids de sofre com: SO2/SO3 que són encara més verinosos que l’H2S que els va originar. Al mateix temps, el SO2 baixa el punt de condensació del gas d’escapament (fums) existint la possibilitat de formació de l’àcid sulfurós (H2SO3) que és altament corrosiu. D’altra banda, el sulfur d’hidrogen (H2S) en barrejar-se amb la humitat de l’aire (aigua) o amb la pròpia humitat del biogàs a la cambra de combustió dels motors o calderes forma àcid sulfúric (H2SO4) que ataca les diferents parts metàl·liques d’aquest, particularment les que contenen coure (Cu), bronze, ferro o un altre material, reduint considerablement les prestacions d’aquestes parts. A més, en el cas dels motors contamina el lubricant produint emissions d’òxids de sofre en els gasos d’escapament, nocius per al medi ambient.

Siloxans

Entre els components de major incidència en l’aprofitament energètic del biogàs generat en abocador i/o en plantes depuradores hi ha els siloxans, els quals produeixen danys als motors emprats reduint la vida útil d’aquests pel efecte abrasiu que produeixen a les parts internes d’aquests.

Aquest efecte es deu a la deposició de sílice que es produeix a les diferents parts com a resultat de la combustió que té lloc a la part interna del motor.

Moltes són les tècniques de separació/eliminació que s’apliquen per reduir aquests tipus de components. Cadascuna es dirigeix a un component en particular en funció de l’origen del biogàs i de la seva possible aplicació. Així per exemple per als siloxans mitjançant combinació de tècniques explicaré a continuació la tecnologia CLEAN-BGAS MP DRY.

La tecnologia per a la neteja del biogàs CLEAN-BGAS MP DRY compta amb un conjunt d’equips que interconnectats entre si permet eliminar per mitjà físic (tèrmic i adsorció) el contingut en humitat, siloxans, compostos halogenats i H2S, així com reduir la temperatura del gas fins a valors permesos per a l’entrada a motors.

El mòdul realitza diferents operacions en un ordre preestablert (tecnologia multifunció), refredament (reducció de la temperatura), condensació (eliminació d’humitat, siloxans, àcid sulfhídric) i adsorció (reducció de components indesitjables, com ara siloxans, H2S i hidrocarburs). Per a això, compta amb diferents elements interns que garanteixen tal resultat.

Fonament tècnic

Es realitza el refredament del biogàs fins a 2º C. per a l’eliminació de siloxans, la condensació per a la reducció del nivell d’humitat del biogàs, el rentat per a la reducció de gasos àcids (H2S) i amoníac (NH3) i l’adsorció en carbó actiu per a l’eliminació de siloxans i compostos halogenats.

Etapes de la tecnologia

Les etapes de què consta aquesta tecnologia són el refredament previ fins a 20º C. per a la reducció d’humitat absoluta, el rentat del gas i extracció de condensats, el refredament fins a 2-4º C per a la reducció del nivell de siloxans i humitat absoluta, l’escalfament del gas i reducció d’humitat relativa i finalment l’adsorció en carbó activat. La figura 1 mostra la tecnologia CLEAN-BGAS MP DRY. Les parts de què consta són el recuperador-rentador, el deshumidificador, el dipòsit de recollida de condensats i els filtres de carbó actiu.

La taula 2 mostra els resultats assolits en la seva operació. El mòdul CLEAN-BGAS MP DRY és el resultat de cinc anys d’investigació i desenvolupament (I+D+i) de l’empresa Condorchem Envitech amb més de 15 anys d’experiència en l’àrea de tractament del biogàs generat en abocador, planta de metanització i depuradora d’aigües residuals i tractament de gasos. Actualment continua la seva investigació amb vista a aconseguir major eficiència energètica i de remoció de contaminants.

Taula 2