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“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión anaerobia y/o vertederos de
RSU para su posterior valorización
C/Còrsega, 112, [email protected]/www.sta-at.com
sta
RSU para su posterior valorización energética”
Arantxa Bomboí
estudios expertos
atatambientetecnología
consultores sta
at&sta:C/Còrsega,112, local 1; 08029-Barcelona, 93-2530740delegación Madrid, 91-5220773
e-mail:[email protected] // web:www.sta-at.com
Ingeniería ytratamiento
de COVy olores
atatambientetecnología
consultores
estudiosexpertos
sta
Sistemas depretratamiento de
depuración de biogás (H 2S y
siloxanos)
Sistemas deEnriquecimiento de biogás hasta
GNC o GNL
at&sta:C/Còrsega,112, local 1; 08029-Barcelona, 93-2530740delegación Madrid, 91-5220773
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Algunas referenciassta
Entre las actividades de STA destaca la realización de proyectos ycomercialización de sistemas de tratamiento avanzado yenriquecimiento de biogás
Los aspectos que se tratarán en la presente ponencia son:
� Caracterización experta de biogás
Alcance de la presentación sta
� Tecnologías existentes de pretratamiento del biogás procedente deplantas de tratamiento de RSU
• Eliminación de humedad
• Desulfuración o eliminación de H2S
• Eliminación de derivados organosilícicos (siloxanos,silanoles y otros)
¿Qué es el biogás?
El biogás es un gas que se produce en la degradación anaerobia de lamateria 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) antesde la valorización energética del biogás.
Valorización energética del biogás sta
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 (1500!!) 25-400 -
Composición típica del biogás según distintos tipos de fuentes
Análisis de biogás de diferentes vertederosSiloxanos Unidades Caso 1 Caso 2
Silo
xano
s
Trimetilsilanol mg/m3 14,1 <0,05
Hexametildisiloxano (M2) mg/m3 na <0,05
Hexametilciclotrisiloxano (D3) mg/m3 1,2 <0,05
Octametiltrisiloxano (MDM) mg/m3 <LQ <0,05
Caracterización del biogás staS
iloxa
nos
Octametilciclotetrasiloxano (D4) mg/m3 15,1 42,91
Decametiltetrasiloxano (MD2M) mg/m3 0,1 <0,05
Decametilciclopentasiloxano (D5) mg/m3 3,8 1758,8
Dodecametilciclohexasiloxano (D6) mg/m3 0,2 <0,05
ΣΣΣΣ org.Si-Compuestos (como siloxano) mg/m3 34,5 1801,7
ΣΣΣΣ org.Si-Compuestos (calculado Como Si) mg/m3 12,1 -
COV Totales mg/m3 285 356,8
H2Smg/m3
56 153,9
Siloxanos en biogás de digestor de RSU
Caracterización del biogás sta
Siloxanos 2011-2 2012-1 2012-2 2013-1 2013-2 2014-1
Trimetilsilanol <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1
Hexametildisiloxano (M2) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1
Hexametilciclotrisiloxano (D3) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,30 2,30Hexametilciclotrisiloxano (D3) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,30 2,30
Octametiltrisiloxano (MDM) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,2
Octametilciclotetrasiloxano (D4) 0,40 0,37 0,10 0,70 0,70 7,20
Decametiltetrasiloxano (MD2M) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 1,40 <0,1
Decametilciclopentasiloxano (D5) 2,30 1,63 0,40 2,90 1,20 15,40
Dodecametilciclohexasiloxano (D6) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 3,80
Aprovechamiento del biogás sta
ELIMINACIÓN DE HUMEDAD O SECADO DEL BIOGÁS
stastaPretratamiento: Secado de biogás
¿Por qué hace falta realizar un secado del biogás pa ra su posterior valorización?
• Se evita así la producción de condensados no deseados en la línea de gas
• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (50-80%HR)HR)
• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorciónposterior (p.e Carbón activo)
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamentenecesario en algunas tecnologías eliminar al 100% la humedad
stastaPretratamiento: Secado de biogás
Sistemas de secado de biogás:
• Mediante un intercambiador de calor
• Otros sistemas más novedosos (p.e GTP)
stastaFuncionamiento GTP
1. El biogás caliente y saturado dehumedad entra en el filtro GTP.
2. En una primera etapa el biogásse pre enfría con el flujo de salidadel biogás frío.
6. Una vez el biogás se haenfriado a 5ºC y se ha eliminadoel agua condensada, pasa por uneconomizador integrado en el GTPdonde se calienta de nuevo hastauna temperatura aproximadamenteigual a la temperatura de entradasiendo la humedad relativa delbiogás a la salida de equipo GTPinferior a <40%. (importante puesalejamos la temperatura del biogása la del punto de rocío)
4. El biogás se enfría con el aguaenfriada por la unidad derefrigeración, la cual se encuentraconectada con el GTP.
5. El descenso de temperaturaprovoca la condensación del aguacontenida en el biogás que sesepara en un filtro de coalescenciaespecialmente diseñado por GtS.
5. El agua condensada se eliminapor la parte inferior del filtro.
a la del punto de rocío)
3. La unidad de refrigeraciónmantiene la mezcla de agua/glicol,que circula con un caudal fijo por lacarcasa del intercambiador decalor, a unos 5ºC.
stastaUnidad GTP
Pretratamiento: Desulfuración sta
DESULFURACIÓN O ELIMINACIÓN DE H 2S EN EL BIOGÁS
stastaPretratamiento: Desulfuración
¿Por qué hace falta eliminar el H 2S del biogás para su posterior valorización?
• 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• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límitedepende del fabricante)
• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorciónposterior (p.e Carbón activo)
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamentenecesario eliminar el H2S hasta <100ppm
stastaPretratamiento: Desulfuración
Tecnologías de desulfuración del biogás:
• 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®)
stastaPretratamiento: Desulfuración
Tecnologías de desulfuración del biogás:
• Equipos de eliminación de H2S por vía Biológica
Biogás tratado� Eliminación de H2S mediante bacterias
� Límite de tratamiento: 4 - 5.000 ppm H2S
� Producción de purga muy ácida (Ácido
Aporte
BombaEntrada Biogás
Aporte deAgua y nutrientes
Recirculación
Sulfúrico)
� Altos costes de O&M
� Eficiencia máxima NO inmediata
� pH funcionamiento: 2
� Riesgo de explosión
� Disponibilidad: paros necesarios de limpieza
Aporte de 02
stastaPretratamiento: Desulfuración
Tecnologías de desulfuración del biogás:
•Equipos de eliminación de H2S por vía química
� Eliminación de H2S mediante Sosa (NaOH)
� Límite de tratamiento: no tiene
� Eficiencia máxima inmediata
� pH funcionamiento: 12� pH funcionamiento: 12
� Cuidado! Combinación con la sosa del H2S pero
también del CO2 que es mucho más abundante y
formación de carbonatos!!
� Altos costes de O&M
� Disponibilidad: paros para limpieza
stastaPretratamiento: Desulfuración
Tecnologías de desulfuración del biogás:
• Equipos de eliminación de H2S mediante adsorción (Carbón activo )
� Eliminación de H2S mediante adsorción
� Límite de tratamiento: no tiene
� Altos costes de O&M
� Eficiencia máxima inmediata
� Disponibilidad: paros para sustitución del carbón
usado
� Genera residuo: carbón usado
• Dosificación de reactivos en biodigestor (Cloruro férrico , etc)
� Difícil control de concentración final
� Altos costes de O&M
stastaPretratamiento: Desulfuración
Tecnologías de desulfuración del biogás:
• Sistema químico – biológico THIOPAQ®
Biogás sin H2S
Purga (S0)
Regeneración de OH -
Aire(oxidación de los sulfuros HS-)
Biogás a tratar
Absorción
OH-
� Elevada eficiencia de depuración de H 2S del biogás : 95 - 99% (opera apH 8,5 mientras que en los biotricklings se opera a pH=2 y en los scrubbers apH=12)
� Gran actividad biológica : Tratamiento muy eficiente de los picos deconcentración
� Proceso muy robusto, sin adición de aire . Ausencia de riesgo de
Características principales del THIOPAQ® para la depuración del H 2S del biogás
Thiopaq ® sta
� Proceso muy robusto, sin adición de aire . Ausencia de riesgo deexplosión
� Puesta en marcha rápida (inoculación de los microorganismos dedepuración en el agua de lavado)
� Funcionamiento a presión y temperatura ambiente. Sin riesgo deobturaciones
� Costes operativos muy bajos (ahorro de más del 90%, en comparacióncon las torres de lavado por vía química)
� No genera residuos peligrosos (ácido sulfúrico, p.e.) Se obtiene azufresólido valorizable
� Disponibilidad máxima de funcionamiento
THIOPAQ® en el Ecoparquede la Rioja
Thiopaq ® - Referencias sta
� Caudal biogás = 1.300m3/h� H2Sentrada = 7.000ppm� H2Ssalida< 200ppm� Scrubber: Ø = 1,2m x 16,5m h� Reactor: Ø = 3m , Vol. = 30m3
Otras referencias de THIOPAQ :
staThiopaq ® - Otras referencias
• Vertedero Pine Tree Acres USA• Vertedero King George USA• Planta de tratamiento de RSU Xiamen – China• Planta de tratamiento de RSU Xiamen – China• Vertedero de Daejon – Corea• Vertedero de Chèze – Francia• Vertedero de Grenoble – Francia• Vertedero de Smink – Holanda• Ecopark de Wierde – Holanda • Otros…
Parámetro THIOPAQ Biotrickling Scrubber
Caudal biogás (Nm3/h) 950 950 950
[H2S] entrada (ppm) 4.000 4.000 4.000
[H2S] salida (ppm) 150 150 150
Torre: Altura/ Diámetro (m) 9,7/1
kgS/dia eliminados 130 130 130
Comparativa depuración H 2S: Thiopaq/ Biotrickling/Scrubber
Thiopaq ® sta
kgS/dia eliminados 130 130 130
Coste de Inversión (€) 480.000 € 420.000 € 25.000€
Consumo agua (m3/día) 2 23 2
Consumo eléctrico kWh (*) 12 3 2
Consumo sosa 20% (m3/año) 198,12 - 1385,67
Producción purga m3/día 1.86 24-28 24-28
Composición purgaAzufre elemental +
salesSulfúrico al 2%
pH=10-12Sales de Azufre
Costes anuales de gestión (0,1€/kWh, 133€/m3NaOH, 8€/m3 purga)
48.341,47 € 82.958,95 € 252.240,53 €
Comparativa depuración H 2S: Thiopaq/FeCl 3/Adsorción Carbón
Thiopaq ® staParámetro THIOPAQ FeCl3
Adsorción Carbón
Caudal biogás (Nm3/h) 950 950 950
Concentración entrada H2S ppm (sin dosificación FeCl3) 4.000 4.000 4.000
Ratio dosificación Cl3Fe (kgFeCl3/kgS) - 20 -
Consumo FeCl3 (Tn/año) 938,1 -
Costes unitarios (€/kg) 0,14 €/kg FeCl 3,8 €/Kg CarbónCostes unitarios (€/kg) 0,14 €/kg FeCl3 3,8 €/Kg Carbón
Capacidad Adsorción carbón (%) 60
Capacidad del contenedor filtro de carbón (kg) 800
Necesidad de carbón activado (kg/año) 90.777
Reposiciones anuales de adsorbente 113
Coste personal reposición carbón activado (€/reposicion) 400
Coste de Inversión (€) 480.000 € 5.000 €
Costes anuales de gestión (€) 48.341,47 € 183.859,20 € 394.836,94 €
Pretratamiento : Siloxanos sta
ELIMINACIÓN DE SILOXANOS DEL ELIMINACIÓN DE SILOXANOS DEL BIOGÁS
stastaPretratamiento: Siloxanos
¿Por qué hace falta eliminar los siloxanos del biog ás para su posterior valorización?
• Los siloxanos son compuestos orgánicos de silicio, contenidos en detergentes,champús, desodorantes, y otros productos, que al entrar en combustión dentro de losmotores forman SiO2 (sílice) produciendo erosión en las partes mecánicas.
• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite depende del• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite depende delfabricante)
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, con ciertas tecnologías, seráabsolutamente necesario eliminar al 100% estos compuestos antes de enriquecer elgas.
stastaPretratamiento: Siloxanos
Tecnologías de eliminación de siloxanos del biogás:
• Equipos de eliminación de siloxanos mediante adsorción (Carbón activo )
� Eliminación de siloxanos mediante adsorción
� Límite de tratamiento: no tiene
� Altos costes de O&M (el carbón adsorbe también
COVs)
� Eficiencia máxima inmediata
� Disponibilidad: paros para sustitución del carbón
usado
� Genera residuo: carbón usado
• Criocondensación
� Eliminación de siloxanos por condensación a bajas temperaturas (-25ºC)
� Altos costes de O&M
• Equipo de eliminación de siloxanos mediante adsorción regenerativa BGAK
Lecho 2 en funcionamiento / Lecho 1- regenerando
BGAK sta
BGAK La Haya – Holanda – 3.000Nm 3/h
Sistema BGAK de eliminación de siloxanos
� El BGAK es un innovador sistema de eliminación de siloxanos y COVs poradsorción en un polímero y su regeneración periódica mediante purga térmica
� Sustituye al tradicional carbón activado que se satura rápidamente al adsorberlos siloxanos y los COV
� La capacidad de adsorción es ≅X10 superior a la del carbón activado
BGAK sta
� La capacidad de adsorción es ≅X10 superior a la del carbón activado
� El adsorbente es hidrofóbico y tampoco adsorbe H2S
� La regeneración del adsorbente del BGAK se realiza con aire a 120ºC
� La garantía de la vida del adsorbente del BGAK es de 900 regeneraciones porlecho.
� Eficiencia de depuración siloxanos >95%
� Concentración final de siloxanos <10mg/Nm3
BGAK en plantas de RSU staAlgunos resultados de siloxanos del BGAK en plantas de RSU
Gas test date 18-ago-05 21-sep-05 29-oct-05 18-oct-05 20-oct-05 03-nov-05
Sample # 1 2 3 4 5 6
Untreated gas 22,2 25,8 24,2 31,4 19,1 31,6
Treated gas 2,8 2,6 5,4 6,1 0,1 0,1
Raw gas Filtered Gas Site
Italy 209 2
UK 46,6 1,3
USA 89,6 8,9
UK 31,6 2,8
Unidades Carbón Activado PPTEKCaudal de tratamiento Nm3/h 3.700 3.700Funcionamiento h/día 24 24
Coste de inversión € 47.300 € 500.100 €Concentración siloxanos mgSilox/Nm3 25 25Concentración COVs mg/Nm3 1.100 1.100
Capacidad adsorción carbón activado (COV/Silox) % 15Consumo anual de carbón kg/año 248.490Número anual de cambios carbón cambios/año 20 Cada 2,5 añosNúmero regeneraciones diarias reg/día 2
BGAK sta
Número regeneraciones diarias reg/día 2Coste gestión adsorbente agotado €/kg 1Precio unitario carbón €/kg 2,2Coste de personal reposición carbón € 2.625
Coste anual reposición adsorbente €/año 847.668 € 16.222 €
Consumo eléctrico ventilador kWh/año 67.949,7 16.987Consumo eléctrico por regeneraciones kWh/año 0,00 73.000Coste unitario electricidad €/kWh 0,10 0,10
Coste anual electricidad €/año 6.795,0 € 8.998,7 €
COSTES ANUALES TOTALES DE GESTIÓN €/año 854.462 € 50.465 €Coste total a 0,6 años € 559.977 € 530.365 €
Ejemplos de instalaciones de sistemas BGAK
BGAK sta
Algunas referencias de PpTek
• Vertedero de Ferrara, Italia (Marcopolo)
• Vertedero Jerez de la Frontera, España (HERA)
• Vertedero de Middlepoint, USA
• Vertedero de Shellbrook, Reino Unido (CLP Envirogas)
BGAK sta
• Vertedero de Praga, República Checa (Tedom CZ)
• Vertedero de Cliba, Argentina (Cliba LF – Finning Internati onal)
• Vertedero de Santa Marta, Chile (Finning International)
• Vertedero de Los Condes, Chile (JC Secco)
• Vertedero Zenith Green, Tailandia (Zenith Green Thailand)
• Vertedero de Ammassuo, Helsinki Finlandia (Sarlin)
• Otros ...
Gracias por su atención
C/Còrsega, 112, [email protected]/www.sta-at.com
sta
Arantxa Bomboí – [email protected]