Secado de biogás

CLEAN-BGAS DRY es una solución para el secado del biogás. Se basa en la combinación de refrigeración y condensación. A veces funciona como un depurador.

Los módulos de secado del biogás CLEAN-BGAS DRY combinan diferentes técnicas de reducción del vapor de agua, con el objetivo de eliminar partículas y espuma, proporcionando un gas con las características adecuadas para su explotación estable en motores, turbinas y calderas de vapor.

La gama de secadores de biogás Condorchem Envitech cuenta con tres tipos principales de equipos, los cuales presentan un funcionamiento robusto, sencillo, ocupan poco espacio y constituyen una tecnología segura y de elevada eficacia. Todos los equipos están automatizados, por lo que requieren una mínima supervisión durante su operación.

Tipos de secadores:

• Sin recuperación energética
• Con recuperación energética
• Con sistema de remoción de H2S

Cuando el biogás se extrae del vertedero, estación de aguas residuales (EDAR/PTAR) o planta de digestión su contenido en vapor de agua es elevado dado el equilibrio termodinámico que existe en su producción. En dichas instalaciones este problema se ve incrementado durante el verano debido a la elevación de la temperatura de esta estación del año, llegando el biogás alcanzar la sobresaturación en todo momento.

El vapor de agua disminuye drásticamente el PCI del biogás, facilita la formación de ácidos corrosivos y provoca obturaciones en el sistema de tuberías, por tal motivo, se ve afectado, tanto la operación de la instalación, como el rendimiento energético de los equipos involucrados en su utilización como biocombustible (motores, turbinas, calderas, quemadores, soplantes, etc.).

Por ello, es adecuado antes de ser utilizado como biocombustible, disminuir al máximo su contenido de humedad. Esta humedad que contiene el biogás es una humedad ácida debido al contacto con los gases ácidos presente en el biogás (CO2 y H2S), por tanto, cuando entra al sistema de cogeneración produce corrosión también.

El biogás es un gas húmedo, por lo que es necesario secarlo antes de usarlo a fin de evitar:

• Problemas en los sistemas de cogeneración
• Corrosión
• Taponamientos por donde se mueva el biogás

La tecnología CLEAN-BGAS DRY combina técnicas de refrigeración y condensación que permiten alcanzar una eficiencia de eliminación de más del 95 %, dependiendo de la temperatura de trabajo, a la vez que ofrece un bajo coste operativo.

También puede incluir un recolector-lavador, que además de minimizar las necesidades energéticas de la operación, permite que el biogás se lave con sus propios condensados. Esto produce una reducción parcial de H2S y NH3, que acompañan al biogás, por lo que puede considerarse una tecnología con múltiples usos.

• Produce una corriente de gas con un contenido bajo de humedad.
• Eliminación de gran eficiencia.
• Bajo consumo eléctrico.
• Bajo coste de mantenimiento.
• Completamente automatizado.
• Instalación sólida.

• Eliminación del vapor de agua del biogás.
• Reducción parcial de los siloxanos de tipo D.
• Reducción parcial de H2S, NH3 e hidrocarburos.
• Reducción de la temperatura y la humedad relativa del gas.

• Sistema modular.
• Funcionamiento continuado.
• Puede reducir el vapor de agua y, por turnos, H2S, NH3, hidrocarburos y siloxanos según sea necesario.
• Dentro de la instalación de biogás, puede funcionar tanto en la línea de succión como en la línea de presión.
• Se puede incluir un sistema de control operativo si el cliente lo solicita.
• Funcionamiento automático.
• Gran eficiencia en la eliminación de la humedad del biogás.
• Puede incluir un sistema de recuperación de energía o recalentamiento.

La tecnología de producción del biogás ha tenido, en los últimos años, un crecimiento exponencial y se prevé un futuro prometedor en este sentido, ya que el mismo se presenta como el principal sustituto del gas natural, ya sea para su aplicación como combustible para la automoción o para su inyección en la red de gas natural.

Las energías renovables luchan por hacerse con el liderazgo de la producción energética: Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, la biomasa y los biocarburantes.

Dentro de los diferentes tipos de energías procedentes de la biomasa, se encuentra el denominado biogás. El biogás es el gas producto de la descomposición anaerobia (sin oxígeno) de la materia orgánica, este contiene principalmente metano (CH4) que es quien le da su característica como gas combustible.

Por ello, el biogás procedente de vertederos (rellenos sanitarios), plantas de metanización y depuración de aguas residuales (EDAR), constituye un valioso material para la producción de energía, biocombustibles y elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol.

El biogás desde un punto de vista técnico es una mezcla multicomponente de gases, tanto en su composición básica (CH4, CO2, H2, O2, N2, vapor de agua, etc.) como, en sus componentes perjudiciales (NH3, siloxanos, hidrocarburos halogenados y pesados, H2S, etc.). Su composición está íntimamente relacionada con el tipo de materia que se somete al proceso de digestión anaerobia, con la tecnología que se usa para su producción y tipo de proceso seleccionado.

Para su aplicación y aprovechamiento en la producción de energía y/o como materia prima para la elaboración de productos químicos, se debe mejorar su calidad. Para ello, se requiere reducir su contenido de humedad y eliminar de él todos los componentes perjudiciales que a continuación se señalan.

En el presente artículo se describe, de forma somera, la tecnología de secado/deshumidificación, como vía para la reducción de la humedad y otros componentes perjudícales presentes en el biogás y sus partes componentes básicas.

Se entiende por secado/deshumidificaión del biogás la eliminación parcial o total de la humedad contenida en la corriente del biogás que aparece principalmente en forma de vapor de agua.

El vapor de agua disminuye drásticamente el PCI del biogás; por tal motivo, se ve afectado el rendimiento energético de las máquinas involucradas 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. La cantidad de vapor de agua contenida en el biogás está directamente relacionada tanto con la temperatura de operación del sistema de producción de biogás, como con la temperatura ambiente de forma general.

Muchas son las técnicas de separación/eliminación que se aplican para reducir este tipo de componente. Por ejemplo, la adsorción en silicagel es una técnica aplicada para el secado del biogás o el lavado con Glicol. Sin embargo, la combinación del enfriamiento y la condensación son dos técnicas/operaciones que ofrecen muy buenos benéficos en la limpieza del biogás, con la finalidad, principalmente de la reducción de la humedad y en cierta medida la eliminación de componentes como: los hidrocarburos halogenados y pesados, así como, los siloxanos, en dependencia de la temperatura de operación.

Las investigaciones a escala industrial han demostrado que a medida que es menor la temperatura de enfriamiento, que se utiliza, mayor es el grado de reducción de la humedad y, a su vez, mayor es el grado de eliminación de otros componentes como: los siloxanos principalmente los tipos D y los hidrocarburos, tanto pesados, como halogenados.

Técnica de condensación:

• Separador de gotas
• Hidrociclones.
• Trampas de vapor
• Sellos de aguas
• Pote de condensados

Técnica de secado:

• Enfriamiento
• Adsorción en silicagel
• Glicol
• Calentamiento

Una instalación de secado/deshumidificación del biogás cuenta por lo general de:

• Equipo de intercambio térmico, por lo general tipo tubo y coraza.
• Condensador.
• Máquina de refrigeración.
• Accesorios

Una instalación de secado/deshumidificación del biogás desarrollada por Condorchem Envitech está conformada por los equipos siguientes: pote de condesados, intercambiador de calor en posición vertical, separador de gota y máquina de refrigeración.

Algunas instalaciones de secado del biogás cuentan, a su vez, con un recuperador/economizador con vista a minimizar el consumo energético de esta operación, lo cual redunda en la minimización de los costes operativos y por ende en máquinas de refrigeración de menor potencia frigorífica, por tanto, de menor coste fijo. El uso de este equipo depende de muchos factores, entre ellos, del caudal de biogás a tratar, temperatura y fin de la instalación. Condorchem Envitech introdujo en el 2008, en el mercado de la limpieza del biogás, el recuperador/economizador-lavador como resultado de su trabajo de I+D+i. De esta forma se garantiza un eficiente grado de limpieza del biogás con un mínimo de consumo de energía.

Una instalación de limpieza del biogás con economizador, cuya finalidad es reducir su humedad y eliminar, a su vez, siloxano y sulfuro de hidrógeno (H2S). En ella aparecen los diferentes equipos que conforman la tecnología.

El corazón de estas instalaciones de secado/deshumidificación del biogás son las máquinas de refrigeración, dado que son las encargadas de suministra el medio enfriamiento, generalmente agua glicolada, para el enfriamiento del intercambiador de calor donde se enfriará el biogás. Por lo que una correcta selección de este tipo de maquina es de vital importancia para la garantía de un buen funcionamiento y durabilidad de la instalación.

Actualmente los estudios relacionados con el ahorro energético en este tipo de instalaciones (grandes instalaciones) se dirigen al uso de máquinas de refrigeración por adsorción en la cual se investiga hacer uso de los gases de escape del sistema de cogeneración, para generar el frio necesario para el enfriamiento del biogás y de esta forma se cerrar un ciclo energético de mucho interés.

Actualmente en el mercado del secado/deshumidificación del biogás existen dos tipos básicos de instalación, de acuerdo a la posición en que se encuentra el equipo de intercambio térmico: los de posición horizontal y los de posición vertical.

Condorchem Envitech desarrolla desde el año 2000 la instalación de secado/deshumidificación de biogás de posición vertical la cual ofrece las ventajas siguientes.

• Menor requerimiento de espacio.
• Mejor evacuación de los condesados formados.
• Menor probabilidad de congelación en tubo cuando se trabaja a bajas temperatura.
• Mejores coeficientes de transferencia de calor.
• Mayor eficacia de reducción de humedad y otros contaminantes.