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Purificación de Biogás en EDAR Mapocho

2021-10-04 11:34:03

El biogás es de una mezcla de gases, cuyos principales componentes son el metano y el dióxido de carbono, que se produce como resultado de la fermentación de la materia orgánica en ausencia del aire por la acción de un consorcio microbiano (digestión anaerobia).

La composición del biogás depende enteramente de la naturaleza de los residuos utilizados y las condiciones en las que se lleva a cabo la digestión anaerobia. Generalmente se lleva a cabo un aprovechamiento energético del biogás que viene determinado por la concentración de metano. Sin embargo, es necesaria una purificación de ciertos contaminantes con carácter abrasivo y corrosivo, como siloxanos y H2S, para asegurar un correcto funcionamiento de los motores de cogeneración.

La estación depuradora de aguas residuales (EDAR) de Mapocho-Trebal, ubicada en Santiago de Chile, trata el 30% de las aguas de dicha localidad erigiéndose como una instalación de referencia. En dicha instalación se lleva a cabo un aprovechamiento energético del biogás mediante tres motores de cogeneración de una potencia de 1000 Kw cada uno. Normalmente dos de éstos se encuentran en funcionamiento, mientras que el tercero se reserva para paradas de mantenimiento.

La severa legislación del país trasandino en referencia a las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y óxidos de nitrógeno, y la necesidad de conseguir un efluente libre mayoritariamente de siloxanos y H2S para un correcto aprovechamiento del biogás purificado, llevó a los responsables de la EDAR a contactar con BION.
Nuestro departamento técnico  estudió el caso en profundidad y propuso implementar una alternativa competitiva tanto en términos económicos como técnicos.

Datos de planta

  • El sistema de purificación de biogás está compuesto por dos líneas análogas en paralelo compuestas por tres filtros en serie.
  • Caudal de biogás: 3600 m3/h.
  • Concentración de H2S: las concentraciones de H2S, debido a un pre-tratamiento del biogás,  oscilan entre valores de 40 a 60 ppmv. En casos puntuales donde el pre-tratamiento no funciona correctamente, se han llegado a medir picos de hasta 500 ppmv. El objetivo es reducir estos valores a concentraciones por debajo de 1 ppmv.
  • Siloxanos: se llevó a cabo una exhaustiva caracterización de los siloxanos presentes en el flujo de biogás que revelaron concentraciones importantes de siloxanos cíclicos tipo D3, D4 y D5 entre otros. Valores de hasta 10 mg/m3 se llegaron a medir del tipo D5. 
  • Otros: además de los compuestos se midieron concentraciones notables de mercaptanos, ciclo alcanos, compuestos clorados e hidrocarburos aromáticos.

Solución

Tras una caracterización exhaustiva del biogás a tratar y una valoración de las condiciones de trabajo, la solución propuesta por BION fue la siguiente:

  • Carbón Activo de alta calidad para la eliminación de los COVs de alto peso molecular y siloxanos.
  • Bion KOH de alta calidad para mejorar la eliminación de H2S, ciertos COVs y mercaptanos.

La solución propuesta por BIOCONSERVACION resultó exitosa, generándose biogás con niveles de H2S inferiores a 1 ppm.

La colaboración de BION continua una vez implantada  la solución y verificado el resultado, ya que tiene la posibilidad de llevar a cabo un análisis del estado de las medias antes de su reemplazo. Mediante la evaluación de la capacidad remanente de la media es capaz de optimizar el proceso para conseguir un máximo aprovechamiento del potencial de cada instalación.

En nuestro blog...

Eliminación eficaz del H2S en biogás

El coste de la eliminación de H2S del biogás implica mucho más que el coste de la media. El uso de una media con una mayor capacidad de absorción da lugar a menos sustituciones de medios, lo que significa un ahorro en la cantidad de media anual utilizada, menos reemplazos y menos costes anuales de gestión de residuos.   Con BION CARB BG, la humedad relativa ya no será un problema La humedad relativa en las instalaciones de biogás puede variar sustancialmente dependiendo de las condiciones de la planta. El carbón catalítico BION CARB BG está diseñado para trabajar en condiciones óptimas con humedades relativas entre el 30% y el 95% convirtiéndolo en un producto muy versátil.   Alto poder de eliminación de H2S al mejor precio El H2S es un gas corrosivo que genera grandes desperfectos en las instalaciones. BION CARB BG tiene una capacidad de eliminación del H2S de hasta un 50% en peso, lo que la hace altamente rentable respecto otras alternativas presentes en el mercado.   Gran capacidad de absorción Trabajar con un producto que tenga hasta un 50% de capacidad de absorción es sinónimo de mejoras significativas en el OPEX ya que se rebajan los costes asociados al reemplazo de la media como: -       Coste de operarios -       Coste de reemplazo -       Coste de tratamiento -       Consumo de gas inerte -       Coste de paradas de planta en caso de que haya un solo depósito  

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Protege las instalaciones de biogás y reduce los costes de mantenimiento

La conversión del biogás en energía verde, no solo es respetuosa con el medio ambiente, sino que también contribuye a la optimización de los recursos naturales. Cada vez son más las industrias que disponen de estaciones de biogás para aprovechar residuos que se generan en las instalaciones de estas características contribuyendo así a generar una economía circular donde se explotan todos los recursos disponibles.   Las plantas de biogás necesitan eliminar las impurezas antes de derivarlo hacia su uso final (upgrading o motores de cogeneración). En el caso del upgrading la necesidad de purificación es elevada debido a las estrictas condiciones requeridas de pureza del metano.   La media BION asegura una eliminación eficaz de las impurezas en un 99,5% de eficacia.   Las medias BION: Protegen y mantienen el compresor evitando la aparición de atmósfera corrosiva en su interior Protegen las membranas contra la suciedad o bloqueo de los poros Tienen muy alta capacidad de adsorción Están especialmente diseñadas para dar un alto rendimiento en ambientes con bajos índices de oxígeno Protegen y mantienen las instalaciones Esto se traduce en una reducción de costes operativos, de mantenimiento y aumento de la vida útil del absorbente o adsorbente.   Las soluciones de purificación BION para biogás son la inversión con mayor retorno porque Eliminan gases contaminantes antes de que cause danos irreversibles en las membranas, compresores o equipos de cogeneración Permiten cumplir con los requisitos de entrada de inyección de biometano en la red Alarga la vida útil de la etapa de pretratamiento reduciendo los costes de funcionamiento Evitan el tiempo de inactividad previniendo costosas reparaciones inesperadas Eliminan TODOS los contaminantes habituales a parte del H2S.  

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Desulfuración de Biogás en la ETAR do Norte (Portugal)  

La Estación de Tratamiento de Aguas Residuales (ETAR) do Norte es una de las más grandes de la región central de Portugal, dando servicio a diversos municipios. La infraestructura está ubicada en la zona de Coimbra, Leiria, ocupando 6 hectáreas de tierra; recibe efluentes de unos 250.000 habitantes de diversos municipios.   Tiene capacidad para tratar diariamente unos 38.000 m3 de aguas residuales, de los cuales 77% son domésticos, 18% provenientes de la industria y el 5% son otro tipo de efluentes.   El biogás resultante del tratamiento, es aprovechado como combustible para una central de cogeneración, donde se maximiza la recuperación energética a través de una producción combinada de calor y electricidad.  La energía térmica se utiliza para la calefacción de los digestores de lodos, del edificio y del agua caliente sanitaria. La energía eléctrica producida, que puede alcanzar una potencia de 1,2 MW, se vende a la red eléctrica nacional.   Desulfuración de Biogás   Para el reaprovechamiento energético del biogás se empleaba limaduras de hierro, uno de los métodos tradicionales más ampliamente extendido. Sin embargo, los altos costes de obra y la baja eficacia obtenida hicieron que Simlis buscara otras tecnologías que mejoraran su proceso.   Como alternativa, BION conjuntamente con su distribuidor en Portugal, Equifluxo planteó el uso de BION Fe, media filtrante regenerable con aire ambiente, capaz de alcanzar una capacidad de eliminación de H2S de hasta 45% p/p. El uso de esta media aportaría las siguientes ventajas respecto a las limaduras de hierro:   Ahorrar añadir una solución de cloruro de hierro como etapa previa a la desulfuración. Reducir el número de cambios de media debido a su alta capacidad de desulfuración (45% p/p del BION Fe frente al 12% p/p de las limaduras de hierro). Alcanzar eficiencias más altas. Reducir el consumo energético debido a los bajos valores de pérdida de carga generados. En función de la composición final del producto gastado y de las regulaciones de cada país, BION Fe podría ser incluso recuperable. Por otro lado, la eliminación del agua del biogás, además de servir para favorecer el funcionamiento óptimo del BiON Fe, tiene otras ventajas. El secado del gas permite optimizar el proceso de combustión en el motor de cogeneración, alcanzando valores entre un 2 y un 5% más de generación de energía; aumenta la eficiencia del motor y reduce el consumo de gas/combustible; permite reducir la contaminación de aceite del motor con el condensado, alargando el tiempo de vida del aceite de 400-500 horas hasta 2000-3000 horas. Finalmente destacar que en el caso de tratar biogás con siloxanos, esta etapa de deshumidificación ayudará a disminuir levemente la concentración de algunos de estos compuestos tan recalcitrantes.   Solución Bioconservacion  BION diseñó un reactor para el tratamiento de un biogás con las siguientes características:   Caudal: 25 m3/h Rango de Temperaturas: 35-40 ºC Humedad relativa: 95-99 % Composición: CH4 66 %, CO2 30 %, H2S 2500 ppm Para llevar a cabo la desulfuración de Biogás, Bioconservacion/Equifluxo diseñaron un equipo muy versátil con doble pared de fibra de vidrio para reducir los efectos de la condensación, con un plenum que evita la generación de caminos preferentes y por consiguiente el aprovechamiento de toda la media, así como la generación de altos valores de pérdida de carga.    Durante un periodo de 12 meses, Bioconservacion/Equifluxo realizaron un seguimiento exhaustivo de los resultados del equipo, con visitas técnicas cada 45 días durante los primeros 3 meses y posteriormente cada 3 meses.   Los resultados obtenidos fueron muy positivos alcanzando eficiencias por encima del 99%, permitiendo un completo aprovechamiento del poder energético del Biogás (Figura 2).   Figura 2. Evolución de la concentración de H2S a la entrada/salida del reactor en el tiempo. 

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