C/Còrsega, 112, 08029- Barcelona [email protected]/ · 6% del PCS del biogas) 0,42 a 0,5kW/Nm. 3. Raw...

Enriquecimiento de biogás sta

TRATAMIENTO Y ENRIQUECIMIENTO DEL BIOGÁS MEDIANTE

SISTEMAS TERMO-MECÁNICOS Sílvia Nadal- Mayo 2014

C/Còrsega, 112, 08029-Barcelona [email protected]/www.sta-at.com

http://www.ifema.es/web/ferias/genera/default.html�

ENRIQUECIMIENTO DE BIOGAS HASTA CALIDAD GAS NATURAL MEDIANTE SISTEMAS TERMO MECÁNICOS

(Sistema GPP® y GPP® Plus)

INDICE

Objetivos del enriquecimiento de biogas hasta calidad Gas Natural

Descripción de la tecnología de enriquecimiento de biogas hasta calidad Gas

Natural GPP®Plus de GTS.

Viabilidad técnica y madurez tecnológica del sistema de enriquecimiento GPP®Plus

Viabilidad económica de la tecnología de enriquecimiento GPP®Plus


Enriquecimiento de biogás (Sistema GPP®)


GPP®: Producción de Biometano en estado gas CBG

Estación de llenado de depósitos


Biogas: CH4+CO2

Biometano: CH4 > 95% a 25barg

Biometano: CH4 a 220 barg

CO2: líquido, >99,5%

Opción 1: Inyección en red

Opción 2: Combustible vehículos OTTO- de gas

Compresor

Sistema de enriquecimiento GPP®

GPP® Plus: Producción de Biometano en estado líquido


Biogas: CH4+CO2

Biometano líquido LBG: CH4 > 95%

Almacenamiento LBG -135ºC@8barg

Transporte LBG

Biometano: CH4 a 220 barg

Consumo energético: 0,01€/Nm3LBG

CO2: líquido, >99,5%

Estación de llenado de depósitos

Evaporador

LBG Uso industrial

Biometano líquido LBG


LBG y CBG para vehículos


DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE ENRIQUECIMIENTO

GPP Y GPP PLUS DE GTS

Limitaciones de la composición de biogas a la entrada de los sistemas de enriquecimiento H2S<100ppm

Los sistemas de enriquecimiento no tienen capacidad de eliminar el H2S y generalmente tan solo instalan filtros de carbón o filtros catalíticos como afino. Si las concentraciones de H2S son superiors a los 100ppm, el coste de desulfuración con estas tecnologías resulta demasiado elevado y es más adecuado desulfurar el biogas antes de entrar en la planta de enriquecimiento con otras tecnologías como el THIOPAQ

Siloxanos- No hay límite pues condensan a temperaturas superiores a -25ºC Si la concentración de O2 o Nitrógeno son superiores al 2-3% es más complicado

alcanzar que la concentración de CH4 en el biometano sea>95%

Caudales de operación Unidades modulares desde 120m3/h hasta 480Nm3/h Generalmente económicamente viable a partir de los 150-200Nm3/h




1) Es un proceso de enriquecimiento del biogas hasta gas natural que incluye una primera etapa de secado con un filtro GTP.

2) Compresión hasta 26barg 3) Un proceso de enfriamiento hasta -25ºC en un sistema TCR para elimina siloxanos. 4) Un afino para eliminación de siloxanos residuales y H2S con un catalizador SOXSIA®

5) Finalmente la criocondensación del CO2 mediante refrigerante R-404A/R23.

GTP TCR Soxia Criocondensación


Enfriamiento en dos etapas. La primera hasta -50ºC que permite separar un 30% del CO2 presente en estado líquido, y el CO2 restante, en forma sólida, se separa enfriando el gas hasta -90 o -99ºC mediante refrigerante R-404A/R23.

Concentración de CH4 en el gas final: superior al 95-99% según el caso.



GPP Plus® es un GPP ® + una etapa de postenfriamiento por compresión hasta 48barg y posterior expansión a -130ºC, ello supone un consumo energético adicional respecto al GPP de 0,13kWhe/Nm3 a tratar (2,2% del PCI del biogas)


Análisis del LBG producido en el GPP plus de Schoterog


Calidad LBG

No necesita productos químicos No genera residuos (tan solo el condensado de la humedad) No genera problemas de olores ni de ruidos Sistema compacto Sistema seguro. Dispone de los siguientes elementos

Analizador biogas entrada CH4, CO2, O2 y H2S Analizador Biometano producido CH4, CO2, O2 y H2S Caudalímetro del biogas de entrada Elementos de seguridad:

Detector LEL en el interior del contenedor Detector CH4 en el interior del contenedor

Sistema totalmente automatizado Al operar a temperaturas tan bajas y tan elevadas (-90 a +90ºC) tanto el gas metano

como el CO2 están intrínsecamente higienizados

Ventajas del sistema de enriquecimiento de biogás (GPP® y GPP® Plus) frente a otras tecnologías de enriquecimiento


El CO2 que se separa es de gran calidad >al 99,5%

El CO2 se recupera en fase líquida apto para su posterior transporte y comercialización

El GPP suministra el biometano enriquecido a 25barg (necesita menos compresión que otros sistemas de enriquecimiento)

La licuefacción del biometano en el GPP Plus es mucho más rentable que si se realiza a partir de un biometano a Presión y Temperatura ambiente

Disponibilidad operativa muy elevada > 95%

El consumo energético del GPP Plus es de: 0,31 a 0,39kW/Nm3 Raw biogas según si se utiliza o no la capacidad de

refrigeración del CO2 y con una concentración de metano del 60% (equivale a un 3-6% del PCS del biogas)

0,42 a 0,5kW/Nm3 Raw biogas según si se utiliza o no la capacidad de refrigeración del CO2 y con una concentración de metano del 60% (equivalente a un 7-10% del PCS del biogas)

Ventajas del sistema de enriquecimiento de biogás (GPP® y GPP® Plus)


Utilización del CO2

Refrigeración para camiones Invernaderos

Nieve carbónica Extintor


Extracción supercrítica

Otros usos: control pH,…


Componente Unidad UNE-EN-

437(1)

Resolución de 22-09- 2011

Fuentes No Conv

SS15 54 38 (2)

GPP+ Tipo A(3) Tipo B(4)

Índice Wobbe MJ/Nm3 45,7-54,7 48,2-57,8 44,7 -46,4 43,9-47,3 45

Poder calorífico superior MJ/Nm3 35,4-42,4 36,9-47,7 - - 38,59

Metano %vol 79-97 >95 97 ±1 97 ±2 97%

Etano %vol 0,1-11,4 - - - -

Hidrocarburos superiores (Propano, butano, pentano, hexano)

%vol 0,12-5,0 Punto de rocío

5ºC a 1-70 bar(a)

- - -

Nitrógeno (N2) %vol 0,5-6,5 ´- 0,3

Monóxido de carbono (CO) %vol - <2 -

(1)Características del gas natural subministrado en España-

(2) Especificaciones Norma Sueca

(3) Tipo A: motores que no van equipados con el control por sonda Lambda (mezclas pobres)

(4) Tipo B: motores equipados con sonda Lambda (tecnologías de combustión estequiométrica)

GPP®plus2T-system Sundsvall Suecia 120Nm3/h biogas Producción LBG=50kg/h, (se transporta y vende a una gasolinera situada a 10km)


GPP®plus4T-system Louden Suecia- 400Nm3/h biogas Producción LBG = 147kg/h Densidad LBG= 373kg/m3@8barg y -128ºC Depósito LBG = 55m3 (6 días de capacidad)

Producción CO2= 381kg/h Depósito CO2 = 25m3 (3 días de capacidad)


GPP®plus4T-system Amsterdam- Holanda Caudal de biogas: 280 Nm3/h biogas Orígen del biogas: del vertedero Schoteroog+ EDAR Haarlem Concentración de metano biogas: de 45 a 65% vol Producción LBG = 122kg/h



VIABILIDAD TÉCNICA Y MADUREZ DE LA TECNOLOGIA

DE ENRIQUECIMIENTO GPP Y GPP PLUS DE GTS

Solución de futuro del biogas: En la coyuntura económica actual, sin primas, la cogeneración y el enriquecimiento

para inyectar en red No son rentables en nuestro pais. Una solución viable técnica y económicamente es el enriquecimiento del

biogas hasta calidad Gas Natural, su licuefacción para facilitar su transporte y su posterior venta para uso en transporte

Beneficios del uso de gas natural en transporte:

Reducción de hasta un 85% las emisiones de óxidos de nitrógeno y de partículas en suspensión respecto a los motores diesel

Reducción de hasta el 20% de las emisiones de CO2 respecto a los combustibles habituales gasolina y gasoil

Uso del Biometano equiparable al Gas Natural en transporte SOLUCIÓN DE FUTURO: La Directiva 20-20-20: 20% Renovables, -20% GEI, 20% Eficiencia energética

Viabilidad enriquecimiento de biogas hasta calidad Gas Natural


10% de renovables en el transporte!!

Corredor azul- En toda Europa y antes del 2020:

Distancia máxima entre estaciones para CNG= 150km Distancia máxima entre estaciones LNG=400km

Equivalencia de autonomía

Viabilidad enriquecimiento de biogas hasta calidad Gas Natural


gasoil LBG a -162ºC

CBG comprimido

a 200bar

Metano a P y Tª ambiente

Biogas 60% metano a P y Tª ambiente

1L 1,8L 5L 1000L 1.667L


LBG

Venta LBG a 650€/t

ALMACENAJE EN CISTERNAS

CO2 (LIQ)

RAW BIOGAS (SIN O2 y N2)

TRANSPORTE EN CISTERNAS A 100 km- INDUSTRIAL

Venta CO2 (LIQ) a 80€/t

Sistema enriquecimiento GPP Plus-

Caso: Biogas Digestor

Recirculación CO2 para enfriamiento

Concepto Biogás inicial LBG CO2 Purga

Caudal Biogás (Nm3/h) 480 284 195

Caudal (kg/h) 592 208 383 1

Concentración metano (%) 58% >95% 0,1% 0,00%

Concentración CO2 (%) 41 % 0,7% 99,5% 0,00%

Concentración N2 (%) 0,8% 1,3% 0,0% 0,00%

Concentración Oxígeno (%) 0,2% 0,3% 0,10% 0,00%

Temperatura (ºC) 40 -160 -50

Presión 3,5mbar 8 barg 15barg

kWht 1670 1665 5

Caso Biogas digestión restos animales-Oct 2013

sta

Equipo GPP® Plus

Caudal (Nm3/h) Max 500

Potencia instalada Soplante hasta 780 mbarg= 16kWe Compresor HP(48 barg en 4 pasos)=109kWe

Catalizador Soxsia (Baja y alta) 2 Recipiente de 850 kg

Depósito LBG 25m3 (autonomía de 3,6 días)

Depósito CO2 28 toneladas (autonomía de 3 días)

Costes operativos

Mantenimiento integral 0,06€/kg LBG producido

Coste SOXSIA 11€/kg

Consumo energético GPP® Plus (Enriquecimiento hasta LBG)

Con el uso del CO2 producido 0,42 kWe/Nm3 biogás a tratar

Sin el uso del CO2 producido 0,5 kWe/Nm3 biogás a tratar

Bases de cálculo

Coste transporte LBG ó CO2 2 €/km cuba de 22Tn

Electricidad 10,5 €ct/kWh (0 si se instala motor cogeneración)

Venta CO2 80€/t (precio mercado 120 a 130€/ton) Venta LBG a GTS 650€/t Horas funcionamiento 8640 (24 x 360) h/año

Sistemas enriquecimiento

sta

Caso Biogas digestión restos animales- Oct 2013


sta

Caso Biogas digestión restos animales- Marzo 2014

Cálculo retorno inversión sistema enriquecimiento

ENRIQUECIMIENTO

Sin aprovechamiento

calor

Con aprovechamiento

calor

INVERSIÓN TOTAL (€) 2.888.000 € 2.763.000 € Consumo eléctrico (kWh/Nm3) 0,7 0,5

Consumo eléctrico equipo (€/año) 304.819 € 217.728 € Coste mantenimiento equipo (€/año) 128.368 € 128.368 € Coste marginal personal (€/año) 24.000 € 24.000 € COSTE DE EXPLOTACIÓN TOTAL (€/año) 457.187€ 370.096€

Ingresos venta LBG (€/año) 1.167.492 € 1.167.492€

Ingresos venta CO2 (€/año)

264.816 € 264.816 € INGRESOS (€/año) 1.432.308 € 1.432.308 €

BENEFICIO NETO (€/año) 975.121 € 1.062.212 € Retorno inversión (años) 3,0 2,6


Electricidad autoconsumo

LBG

Vent GAS- gas pobre con exceso N2 y O2

Recirculación CO2 para refrigeración

Venta LBG a 650€/t

MOTOR rend 30%

ALMACENAJE EN CISTERNA

CO2 (LIQ)

RAW BIOGAS (presencia O2 y N2)

TRANSPORTE EN CISTERNAS A 100 km- INDUSTRIAL

Venta CO2 (LIQ) a 80€/t

Sistema enriquecimiento GPP Plus- Biogas vertedero

Concepto Biogás inicial LBG CO2

Vent gas (Gas purga)

Caudal Biogás (Nm3/h) 480 162 252 66

Caudal (kg/h) 668 121 495 52

Concentración metano (%) 44,5% >95% 0,1% 87,5%

Concentración CO2 (%) 53 % <1,6% 99,5% 0%

Concentración N2 (%) 2% <1,6% 0,0% 10,6%

Concentración Oxígeno (%) 0,5% <0,6% 0,10% 1,8%

Temperatura (ºC) 40 -160 -50

Presión 3,5mbar 8 barg 15barg

kWht 2220 1619 1 600

Caso Biogas vertedero- Balance- Marzo 2014

sta

Equipo GPP® Plus

Caudal (Nm3/h) Max 500

Potencia instalada Soplante hasta 780mbar = 16,5kWe (GPP+) Compresor HP(48 barg en 4 pasos)=109kWe

Catalizador Soxsia (Baja y alta) 2 Recipiente de 850 kg

Depósito LBG 25m3 (autonomía de 4 días)

Depósito CO2 22 toneladas (autonomía de 2 días)

Costes operativos

Mantenimiento integral 0,06€/kg LBG producido

Coste SOXSIA 11€/kg

Consumo energético GPP® Plus (Enriquecimiento hasta LBG)

Sin recuperación calor y con venta CO2 0,7 kWe/Nm3 biogás a tratar

Bases de cálculo

Coste transporte LBG ó CO2 2 €/km cuba de 22Tn

Electricidad 0 (se instala motor cogeneración que funcionará con el gas pobre)

Venta CO2 80€/t Venta LBG 650€/t Horas funcionamiento 8640 (24 x 360) h/año


sta

Caso Biogas vertedero- Marzo 2014


sta

Caso Biogas Vertedero- Marzo 2014

Cálculo retorno inversión sistema enriquecimiento

ENRIQUECIMIENTO

Sin aprovechamiento calor

Coste invesrión GPP+7T 2.888.000 € Coste inversión motor cogeneración (para gas purga) 200.000 € INVERSIÓN TOTAL (€) 3.088.000 € Consumo eléctrico equipo (€/año) (0 el producido en el motor cogen. Resto a 10,5ct€/kWh) 143.375 € Coste mantenimiento equipo (€/año) 82.911 € Coste mantenimiento motor cogeneración (€/año) 30.751 € Coste marginal personal (€/año) 24.000 €

COSTE DE EXPLOTACIÓN TOTAL (€/año) 281.036€

Ingresos venta LBG (€/año) 663.155 € Ingresos venta CO2 (€/año) 342.323 € INGRESOS (€/año) 1.005.478 €

BENEFICIO NETO (€/año) 724.4421 € Retorno inversión (años) 4,3

Gracias por su atención

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