“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión ...

“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión

anaerobia de lodos de depuradora para su posterior

valorización energética.

Casos prácticos: Tarragona y Murcia”

sta

8 Marzo 2016

LA EMPRESA

STA es una ingeniería fundada en 1999

sta

Soluciones “Llave en mano”

Problemas de olores Emisiones industriales Tratamiento de biogás

ACTIVIDADES

Diseño y suministro del sistema de ventilación de salas y naves

Evaluación experta de tecnologías de depuración de emisiones contaminadas de

COVs, gases inorgánicos y de olores

Suministro, instalación y mantenimiento de tecnologías

Diseño propio: Elementos de captación, diámetros conductos,

materiales, cálculo pérdidas de carga, de los ventiladores,..

Elevado conocimiento técnico para realizar la evaluación

Desodorización: Biofiltración Avanzada, Oxidación Térmica,

biotricklings, adsorción, aumento de dispersión, otros..

Comprobación mediante modelizaciones de los diseños

planteados (por ejemplo mediante CFD)

Selección de la mejor tecnología según parámetros de:

-Eficiencia depuración - CAPEX - OPEX

Pretratamiento de biogás: Desulfuración, eliminación de siloxanos, ajustes de presión, temperatura y humedad, etc.

CLIENTES sta

1. Caracterización del biogás

sta

El biogás es un gas que se produce en la degradación anaerobia de la

materia orgánica y que se compone de metano, dióxido de carbono,

residuos orgánicos estabilizados y otros productos (H2S, NH3,

siloxanos, …) que deben ser eliminados (parcial o totalmente) antes

de la valorización energética del biogás.

EDAR Vertedero Digestor

CH4- metano (%) 45-70% 35-45% 45-65%

CO2 (%) 30-55% 55-65% 35-55%

H2S (ppm) 400-5.000 300-20.000 2.000-4.000

Siloxanos (ppm) 5-50 (1.500!!) 25-400 -

Composición típica del biogás según distintos tipos de fuentes

Valorización del biogás sta¿Qué es el biogás?

Una caracterización representativa y fidedigna del biogás en la que se determine los

rangos de concentración de los compuestos principales: CH4, CO2, CO, N2 , así como

H2S, H2, derivados organosilícicos (siloxanos y silanoles), COV (hidrocarburos

alifáticos, hidrocarburos aromáticos, aminas, mercaptanos, ácidos grasos

volátiles,…), aceites, HX y, además, partículas, Tª, humedad , PCI...

Parámetro Uds Resultado

CH4 % 61,1

CO2 % 35,3

O2 % 1,2

H2S ppmV 1560

NH3 ppmV 91

CO ppmV 416

H2 ppmV 367

Caracterización del biogás staPara poder valorizar energéticamente el biogás es necesario

Caracterización del biogás sta

Familias de COV EDAR 1 EDAR 2

Hidrocarburos C2-C5 <5 165

Hidrocarburos C5-C10 7,2 263

Hidrocarburos >C10 29,2 <5

BTEX 5,2 4,6

Otros hidrocarburos aromáticos 1,1 -

Σ Terpenos 0,6 -

Hidrocarburos halogenados 44,3 -

Cl orgánico 40,8 -

F orgánico <0,1 -

Otras famílias 1,9 -

Total 89,6 442

Resultados de análisis de COV en Biogás de EDAR

Caracterización del biogás sta

Siloxanos Biogás (Normal) Biogás (Episodio)

(mg/Nm3) (mg/Nm

3)

Trimetilsilanol <0,05 <0,05

Hexametildisiloxano (M2) <0,05 <0,05

Hexametilciclotrisiloxano (D3) <0,05 <0,05

Octametiltrisiloxano (MDM) <0,05 <0,05

Octametilciclotetrasiloxano (D4) 7,2 173,8

Decametiltetrasiloxano (MD2M) <0,05 <0,05

Decametilciclopentasiloxano (D5) 2,4 101,6

Dodecametilciclohexasiloxano (D6) <0,05 1,2

Siloxanos en biogás de EDAR antes y durante un episodio

2. Pretratamiento del biogás

sta

siloxanos

H2S

Pretratamiento del biogás

Compuestos no deseables para el aprovechamiento del biogás

sta

10

2.1. Eliminación de la humedad

sta

Motivos

Eliminación de humedad sta

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• Se evita así la producción de condensados. Esto previene de la corrosión

en soplantes, analizadores de compuestos, y otros elementos en la línea de

gas.

• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (50-80%

HR) y SIN CONDENSADOS.

• Cuanto menor sea el % de humedad, mayor será el del Metano, por lo que

se consigue un aumento de la eficiencia energética de los motores de

cogeneración.

• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorción

posterior (p.e Carbón activo)

• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamente

necesario en algunas tecnologías eliminar al 100% la humedad.

700 Nm3/h + 35ºC 100% Humedad = 800kg H2O/día

Diseño – Tratamiento previo a la soplante


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FILTRADO PARTÍCULAS (OPCIONAL)

INTERCAMBIADOR

DE CALOR

SEPARADOR DE GOTAS Y TANQUE DE CONDENSADOS

Diseño – Tratamiento posterior a la soplante


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FILTRADO PARTÍCULAS (OPCIONAL)

INTERCAMBIADOR DE CALOR

SEPARADOR DE GOTAS Y TANQUE DE

CONDENSADOS

RECALENTAMIENTO CON BIOGÁS DE ENTRADA


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2.2. Eliminación del H2S

sta

Motivos

Eliminación del H2S sta

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• Se evita así la posible corrosión producida por el H2S en la línea de gas

• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite

depende del fabricante) – Valores típicos 150-300 ppm

• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorción

posterior (p.e Carbón activo)

• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamente

necesario eliminar el H2S hasta <100ppm

Tecnologías más habituales


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• Equipos de eliminación de H2S por vía Biológica

• Equipos de eliminación de H2S por vía química

• Equipos de eliminación de H2S mediante adsorción (Carbón activo)

• Adición de reactivos en el biodigestor (Cloruro férrico, oxígeno u otros)

• Equipo de eliminación de H2S por vía químico-biológica (THIOPAQ®)

Eliminación del H2S por vía Biológica


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Bomba

Biogás tratado

Entrada

Biogás

Aporte de

Agua y nutrientes

Recirculación

• Eliminación de H2S mediante bacterias

• Límite de tratamiento: 4 - 5.000 ppm

H2S

• Producción de purga muy ácida (Ácido

Sulfúrico)

• Altos costes de O&M

• Eficiencia máxima NO inmediata

• pH funcionamiento: 2

• Riesgo de explosión

• Disponibilidad: paros necesarios de

limpieza debido a la colmatación

Eliminación del H2S por vía Química


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• Eliminación de H2S mediante Sosa (NaOH)

• Límite de tratamiento: no tiene

• Eficiencia máxima inmediata

• pH funcionamiento: 12

• Cuidado! Combinación con la sosa del

H2S pero también del CO2 que es mucho

más abundante y formación de

carbonatos!!


• Disponibilidad: paros para limpieza

Otras tecnologías


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• Eliminación de H2S mediante adsorción




• Disponibilidad: paros para sustitución del

carbón usado

• Genera residuo: carbón usado

• Dosificación de reactivos en biodigestor (Cloruro férrico, etc)

• Difícil control de concentración final


THIOPAQ

Descripción y fundamentos

Lavado del biogás con una solución absorbente básica (sosa) pero a pH 8 en lugar de pH 11 como en los scrubbers Regeneración del liquido de lavado en un reactor biológico:

Procesos/Aplicaciones Desulfuración biogás con elevadas concentraciones de H2S en:

EDAR Vertedero Digestores residuos

Requisitos Concentración H2S >1.500 - 3.000ppm y caudal biogás> 500m3/h

staEliminación del H2S

THIOPAQ: características y prestaciones

Parámetro Descripción

Fundamento de la

tecnología

Etapa 1: Lavado químico con NaOH (a pH 8,5)

Etapa 2: Oxidación biológica del sulfuro a S

con recuperación del NaOH

Aplicación Óptimo para el caso de biogás con alta carga de H2S >4.000ppm

Eficiencia 95-99%

Características

Sin adición de aire (lo que elimina el riesgo de explosión asociado

a dicha práctica que se lleva a cabo en los biotrickling)

Menor consumo producto químico que scrubber químico

Eficiencia de depuración >95% incluso cuando concentración

entrada >4000ppm

No genera residuos peligrosos que haya que tratar especialmente

Costes de explotación

Ahorro de más del 90%, en comparación con las torres de lavado

por vía química

Como residuo se genera S (valorizable)

sta

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Eliminación del H2S

THIOPAQ: referencias

Ecoparque la

Rioja

Biogás=1.400m3/h

H2S=7.000ppm

EDAR Murcia Este

Biogás= 600 – 900

m3/h

H2S= 4.000ppm

sta

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J.García Carrión

Daimiel

Biogás= 633m3/h

H2S= 20.000ppm

Vertedero de Las

Dehesas

Valdemingómez

Madrid

Biogás=

2.550Nm3/h

H2S= 3.350ppm


Caso de éxito: EDAR Este – Murcia (Año 2012)


25

Parámetro Valor

Caudal de diseño de biogás 305-950 Nm3/h

Concentración de H2S entrada 4.000 ppm

Procedencia del biogás Digestión Anaerobia de fangos de EDAR

SOLUCIÓN

Parámetro Valor

Sistema de tratamiento de biogás Bio-Químico THIOPAQ ECO 10/1.0

Concentración de H2S salida <200 ppm

THIOPAQ EDAR MURCIA

sta

26


THIOPAQ® en la Edar de

Murcia Este

H2Ssalida< 150ppm

Scrubber: Ø = 1m x 9,7m h

Reactor: Ø = 2,4m , Vol. = 10m3

Decantador: integrado en el Reactor

Consumos para 428 Nm3/h y 4.000 ppm

Sosa 20%: 154 l/d

Agua: 600 l/d

Electricidad: 6,4 kWh

Nutrientes: 1,6 l/d

Purga: 753 l/d

Costes anuales ~ 18.000 €

2.2. Eliminación de siloxanos

sta

Motivos

Eliminación de Siloxanos sta

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• Los siloxanos son compuestos orgánicos de silicio, contenidos en

detergentes, champús, desodorantes, y otros productos, que al entrar en

combustión dentro de los motores forman SiO2 (sílice) produciendo erosión

en las partes mecánicas.

• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite

depende del fabricante) Valor habitual: <10mg Siloxanos totales/Nm3

• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, en algunas

tecnologías, será absolutamente necesario eliminar los siloxanos.

Principales tecnologías de eliminación

Eliminación de siloxanos sta

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• Criocondensación

• Eliminación de siloxanos mediante adsorción


• Altos costes de O&M (el carbón adsorbe

también COVs)


• Disponibilidad: paros para sustitución del

carbón usado

• Genera residuo: carbón usado

• Eliminación de siloxanos por condensación a bajas temperaturas (-25ºC)

• Altos costes de O&M – en casos de caudal o concentraciones bajas.


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Parámetro Valor

Caudal de diseño de biogás 125-200 Nm3/h

Concentración de siloxanos entrada 1.800 mg/Nm3

Concentración de H2S 800-1000 ppm

Procedencia del biogás Digestión Anaerobia de fangos de EDAR

SOLUCIÓN

Parámetro Valor

Sistema de tratamiento de biogás TCR (-25ºC) + 2 x SOXSIA

Concentración de siloxanos a la salida 5-10 mg/Nm3

Concentración de H2S a la salida <800 ppm (Requerimiento motores) –

analizador H2S en continuo + bypass

Caso de éxito: EDAR Tarragona – Criocondensación

Caso de éxito: EDAR Tarragona – Criocondensación


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Biogás sucio – TCR (eliminación agua 5-6ºC + eliminación siloxanos -25ºC) –

bypass – 2x SOXSIA – Biogás limpio - caldera

sta

BGAK

Descripción y fundamentos

Sistema de adsorción regenerativo El medio adsorbente se puede regenerar “in-situ” con aire caliente a 90-120ºC

Procesos/ Aplicaciones

Eliminación de siloxanos de biogás con una muy elevada presencia de siloxanos y de COVs Biogás de EDAR

Requisitos Altas concentraciones de COVs y siloxanos, caudal de biogás alto, y/o contrato de gestión de la EDAR de largo alcance.

Eliminación de siloxanos

Eliminación de siloxanos Adsorción regenerativa

BGAK: características y prestaciones

Parámetro Descripción

Fundamento de la

tecnología

Adsorción sobre un polímero hidrofóbico susceptible de

regeneración mediante purga en caliente (a 120ºC)

Aplicación Óptimo para el caso de biogás con carga de COV>500mg/Nm3

Eficiencia >95%

Niveles finales de silxanos <10mg/m3

Características Mayor capacidad de adsorción que el carbón activado (X10)

Al ser un adsorbente hidrófobo los requisitos de eliminación de

humedad no son muy exigentes

Inconvenientes Compiten con los siloxanos los COV, los cuáles también se

adsorben

sta

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staBGAK: Referencias en España

Vertedero Jerez de

la Frontera (Cádiz)

Vertedero

Valdemingómez Las

Dehesas (Madrid)


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Gracias por su atención

Arantxa Bomboí

[email protected]

“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión ...

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