Limpieza de biogás

Condorchem Envitech ofrece soluciones completas para la línea de captación y limpieza del biogás para diferentes plantas de biogás independiente de su origen (vertederos, EDAR o plantas de digestión). Estas soluciones van desde la ingeniería, el suministro de equipos, tecnologías y puesta en marcha de la planta.

El módulo CLEAN-BGAS® MP DRY está concebido para reducir los componentes no deseados del biogás. Este módulo se centra en refrigerar y pasar el biogás por carbón activado, y se entrega montado en una estructura que facilita su instalación, operación y mantenimiento.

Características de nuestras plantas de limpieza de biogás:

• Plantas optimizadas en cuanto al consumo de energía y reactivo.
• Operación automática.
• Reduce simultáneamente tanto humedad, hidrocarburos y siloxanos, como parcialmente H2S y NH3, según necesidades del cliente.
• Sistema compacto. Lo cual reduce espacio y facilita el mantenimiento.
• Reducción, tanto de la humedad relativa, como de la humedad absoluta del biogás.

Dado que el biogás no puede usarse en plantas de cogeneración sin limpiar, hay que rebajar el porcentaje de humedad y todos los compuestos que pueden acortar la vida de cualquier equipo que use biogás como combustible.

Una de las partes fundamentales de una planta de biogás destinada al uso del biogás como biocombustible es la planta de captación y limpieza. Esta planta de captación y limpieza involucran un conjunto de equipos y tecnologías que son necesarias para una adecuada planificación y uso del biogás.

Partes componentes de una instalación de limpieza:

• Deshumidificación/secado del biogás. Eliminación de humedad mediante potes de condensados, intercambiadores de calor y máquina de refrigeración.
• Sistemas de limpieza: Filtro de carbón activo, membranas y lavadores químicos, entre otros que eliminan componentes no deseados como H2S, siloxanos, hidrocarburos, etc.

Estas plantas involucran partes como:

• Sistema de tuberías y equipos (pote de condensados, separadores de espumas, filtros de partículas, filtros de grava, etc.,).
• Sistema de transporte. Soplantes centrifugas, de canal lateral y rotativas. Auxiliares como apagallamas, juntas de expansión y válvulas.
• Sistema de gestión del biogás. Antorcha, gasómetros y auxiliares.

Un proceso basado en enfriamiento, condensación, lavado con agua y absorción de carbón activo.

El biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente por CH4, C02, vapor de agua y trazas de otros compuestos (H2S, siloxanos, NH3 e hidrocarburos entre otros). A fin de poder usarlo en un sistema de CHP, hay que reducir su contenido de humedad y eliminar todos los compuestos perjudiciales para garantizar la durabilidad del equipo implicado en su utilización como biocombustible.

El módulo CLEAN-BGAS® MP DRY garantiza la reducción de dichos componentes (vapor de agua, partículas, H2S y siloxanos). La tecnología tiene dos partes: la refrigeración del biogás y la adsorción del carbón activado. El carbón activado se selecciona para el componente peligroso principal. Todo el equipo se entrega instalado sobre una base para facilitar su operación, mantenimiento e instalación.

• Producción de biogás de gran calidad
• Reduce el consumo energético en un 30 %
• Adsorbente de larga duración
• Bajo coste de mantenimiento
• Completamente automatizado
• Mejora las emisiones de gas de escape de los sistemas de cogeneración

• Eliminación de siloxanos e hidrocarburos
• Eliminación del vapor de agua
• Eliminación de H2S y NH3
• Reducción de la temperatura
• Gas de vertedero
• Gas de aguas residuales

• Sistema modular
• Adecuado para todo tipo de biogás
• Funcionamiento continuado desde su instalación
• Reducción simultánea de temperatura, vapor de agua, H2S, NH3, hidrocarburos halogenados y siloxanos
• Funciona en líneas de vacío o de presión
• Incorpora un sistema de separación para partículas y espuma
• Automatización completa
• Los filtros de carbón activado son fáciles de manejar
• Ofrece biogás de alta calidad
• Puede incluir un sistema de recuperación de energía o recalentamiento

El origen del biogás se encuentra en la descomposición anaeróbica (putrefacción) de la materia orgánica, y su contenido en metano (CH4) se encuentra en un amplio rango de valor, que oscila básicamente entre 35 a 70 %, y que depende en gran medida de su método de producción y tipos de materias involucradas. La concentración en metano es quien le otorga al biogás su característica como combustible. Este gas si se liberara a la atmósfera contribuiría al aumento del efecto invernadero, el metano (CH4) es 21 veces más contaminante que el CO2.

En este sentido, el aprovechamiento del biogás, como combustible o materia prima para la producción de otros productos, es la mejor opción, e implica un beneficio para el medio ambiente, no sólo porque se evita la emisión del gas metano a la atmósfera, sino porque además se reduce la emisión de otros gases causantes del efecto invernadero, que resultarían por ejemplo, de la combustión de combustibles fósiles. Como fuente de energía renovable, el biogás es una fuente inagotable, limpia y que se puede utilizar de forma autogestionada. Es una de las energías renovables más accesible, dada la facilidad de su obtención. Asimismo, su uso genera una menor contaminación ambiental y constituye una alternativa viable al agotamiento de energías fósiles, como el gas natural y el petróleo, dónde además se viene observando un incremento de los precios durante los últimos años.

Con un poder calorífico inferior (PCI) que se encuentra en el orden de los 4.000 a 6.000 Kcal/m3, el biogás se puede aprovechar para producción y venta de electricidad y calor, emplear como biocarburante de automoción, utilizar para introducirse en la red de distribución de gas natural o como materia prima para la producción de H2 y metanol. No obstante, la vía de aprovechamiento más eficaz del biogás es la cogeneración, con la que se obtiene al mismo tiempo energía eléctrica y térmica.

Estos son los principales motivos por lo que es necesario un proceso de limpieza del biogás:

• Un óptimo funcionamiento de las máquinas (motores, turbinas, calderas, pilas de combustible, vehículos, etc.) relacionadas con su aprovechamiento como combustible.
• Una vida útil prolongada de las máquinas y equipos utilizados para su bombeo, extracción y compresión (soplantes y compresores).
• Una mejora en las emisiones de los gases de escape de las máquinas motoras.
• Evitar concentraciones toxicas al operario (ser humano).
• Reducción del coste de mantenimiento (reparación y cambio de aceites) de las máquinas involucradas en este tipo de instalación.
• Un optimo funcionamiento del sistema de captación, bombeo, almacenaje y distribución del biogás.

La tabla 1 muestra la composición típica del biogás de acuerdo a su procedencia, es decir, vertedero o planta de metanización y al tipo de materia a tratar.

Tabla 1

Aunque todos los tipos de biogás son aptos para la producción de biometano, los procedentes de proceso controlados, son los que mejor cualidad presentan para su transformación en un gas con características similares al GN, dado la concentración en metano (CH4) que se puede llegar a alcanzar y la menor concentración en componentes contaminantes que presentan, entre ellos el O2.

Para su aplicación, aprovechamiento como material combustible o como materia prima para la elaboración de productos químicos como el metanol e hidrógeno, se debe mejorar su calidad. Para ello, se requiere eliminar de él todo los componentes perjudiciales que a continuación se describen.

Es necesaria la limpieza del biogás para un óptimo funcionamiento y rendimientos de las máquinas (motores, turbinas, calderas, pilas de combustible, etc.) relacionadas con su aprovechamiento como combustible. Así conseguimos la reducción del coste de mantenimiento (reparación y cambio de aceites) de las máquinas involucradas en este tipo de instalación; una vida útil prolongada de las máquinas y equipos utilizados para su bombeo, extracción y compresión (soplantes y compresores). Además una mejora en las emisiones de los gases de escape de las máquinas motoras, cumpliendo las normas de emisiones a la atmósfera. Y por último evitar concentraciones toxicas al ser humano, particularmente concentraciones de H2S.

Vapor de agua

El vapor de agua disminuye drásticamente el PCI del biogás; por tal motivo, se ve afectado el rendimiento energético de los equipos involucrados en su utilización como biocombustible (motores, turbinas, calderas, quemadores, etc.). Por ello es adecuado, antes de ser utilizado como material energético, disminuir al máximo su contenido de humedad por cualquier método. A su vez, esta eliminación se hace necesaria para evitar la acumulación de condensados en la línea de gas y, con ella, evitar la formación de ácidos corrosivos, así como, la obturación de las tuberías.

Hidrocarburos halogenados y pesados

Los hidrocarburos halogenados fundamentalmente los que contienen cloro y fluor pueden causar problemas de corrosión en los motores de generación de electricidad, principalmente en la cámara de combustión, válvulas y cabeza de cilindros, mientras los hidrocarburos de alto peso molecular en concentraciones elevadas pueden provocar mal funcionamiento del motor debido a que su punto de ignición difiere mucho del punto de ignición del biogás CH4). En muchos casos estos combustionan parcialmente provocando el aumento de la concentración de formaldehido, COVs y otros componentes en los gases de escape de este tipo e máquina.

Sulfuro de hidrógeno (H2S)

La desulfurización del biogás es necesaria para prevenir la corrosión y evitar concentraciones tóxicas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Cuando el biogás se quema se forman óxidos de azufre tales como: SO2/SO3 que son aún más venenosos que H2S que le dio origen. Al mismo tiempo, la SO2 baja el punto de condensación del gas de escape (humos) existiendo la posibilidad de formación del ácido sulfuroso (H2SO3) que es altamente corrosivo. Por otro lado, el sulfuro de hidrógeno (H2S) al mezclarse con la humedad del aire (agua) o con la propia humedad del biogás en la cámara de combustión de los motores o calderas forma ácido sulfúrico (H2SO4) que ataca a las diferentes partes metálicas del mismo, particularmente a los que contienen cobre (Cu), bronce, hierro u otro material, reduciendo considerablemente las prestaciones de estas partes. Además, en el caso de los motores contamina al lubricante produciendo emisiones de óxidos de azufre en los gases de escape, nocivos para el medio ambiente.

Siloxanos

Entre los componentes de mayor incidencia en el aprovechamiento energético del biogás generado en vertedero y/o en plantas depuradoras están los siloxanos, los cuales producen daños en los motores empleados reduciendo la vida útil de los mismos por el efecto abrasivo que producen en las partes internas de éstos.

Este efecto se debe a la deposición de sílice que se produce en las diferentes partes como resultado de la combustión que tiene lugar en la parte interna del motor.

Muchas son las técnicas de separación/eliminación que se aplican para reducir estos tipos de componentes. Cada una se dirige a un componente en particular en función del origen del biogás y de su posible aplicación. Así por ejemplo para los siloxanos mediante combinación de técnicas explicaré a continuación la tecnología CLEAN-BGAS MP DRY.

La tecnología para la limpieza del biogás CLEAN-BGAS MP DRY cuenta con un conjunto de equipos que interconectados entre sí permite eliminar por medio físico (térmico y adsorción) el contenido en humedad, siloxanos, compuestos halogenados y H2S, así como reducir la temperatura del gas hasta valores permisibles para la entrada a motores.

El módulo realiza diferentes operaciones en un orden preestablecido (tecnología multifunción), enfriamiento (reducción de la temperatura), condensación (eliminación de humedad, siloxanos, ácido sulfhídrico) y adsorción (reducción de componentes indeseables, tales como siloxanos, H2S e hidrocarburos). Para ello, cuenta con diferentes elementos internos que garantizan tal resultado.

Fundamento técnico

Se realiza el enfriamiento del biogás hasta 2º C. para la eliminación de siloxanos, la condensación para la reducción del nivel de humedad del biogás, el lavado para la reducción de gases ácidos (H2S) y amoníaco (NH3) y la adsorción en carbón activo para la eliminación de siloxanos y compuestos halogenados.

Etapas de la tecnología

Las etapas de las que consta esta tecnología es el enfriamiento previo hasta 20º C. para la reducción de humedad absoluta, el lavado del gas y extracción de condensados, el enfriamiento hasta 2-4º C para la reducción del nivel de siloxanos y humedad absoluta, el calentamiento del gas y reducción de humedad relativa y por último la adsorción en carbón activado. La figura 1 muestra la tecnología CLEAN-BGAS MP DRY. Las partes de las que consta son el recuperador-lavador, el deshumificador, el tanque de recolección de condensados y los filtros de carbón activo.

La tabla 2 muestra los resultados alcanzados en su operación. El módulo CLEAN-BGAS MP DRY es el resultado de cinco años de investigación y desarrollo (I+D+i) de la empresa Condorchem Envitech con más de 15 años de experiencia en el área de tratamiento del biogás generado en vertedero, planta de metanización y depuradora de aguas residuales y tratamiento de gases. Actualmente continua su investigación con vista a logra mayor eficiencia energética y de remoción de contaminaste.

Tabla 2