Siloxanos

Entre los componentes de mayor inci-dencia en el aprovechamiento energé-tico del biogás generado en vertederoy/o en plantas depuradoras están lossiloxanos, los cuales producen dañosen los motores empleados reduciendola vida útil de los mismos por el efectoabrasivo que producen en las partesinternas de éstos.

Estos son compuestos orgánicos for-mados por siliconas, oxígeno y gru-pos metilos con unidad estructural–(CH3)2SiO, y peso molecular típica-mente en el rango comprendido entre150 a 600. Su solubilidad en aguadecrece con el aumento de su pesomolecular y éstos pueden ser volátileso no.

Las siliconas son compuestos utilizadosen la fabricación de champús, desodo-rantes, cosméticos, detergentes, medi-cinas, lubricantes, y adhesivos. Las sili-conas a diferencias de los sulfuros noreaccionan con el agua para formar áci-dos; sin embargo, durante la combus-tión las moléculas de siloxanos se rom-pen liberando las de oxígeno y silicio;esta última se combina con otros ele-mentos formando silicatos, sílice yotros compuestos cristalinos que sedepositan en la cámara de combustión(fundamentalmente en la parte alta dela camisa), en las culatas y en las carasde las válvulas.

Estas incrustaciones provocan el des-gaste por abrasión de diferentes partesinternas de los motores.

El contenido de siliconas permisiblespara un buen funcionamiento de losmotores de generación no debe exce-der los <15 mg/Nm3. Un contenidosuperior indicará posibles problemasde deposición de sílice y con ello elquemado de válvulas de escape.

La tabla 2 muestra las diferentes espe-cies de siloxanos encontrado en biogásde vertedero.

Humedad

Cuando el biogás sale del vertedero sucontenido en humedad (vapor deagua) es apreciable. Este problema seve incrementado durante el veranodebido a la elevación de la temperatu-ra en esta estación del año, llegando elbiogás a alcanzar la sobresaturación entodo momento. Entre otros factores

que influyen en este contenido dehumedad se encuentran: la presión deaspiración, la profundidad de lospozos, la posición y forma de los colec-tores y las condiciones ambientales.

Junto al vapor de agua en la corrientede biogás viajan partículas sólidas queno reaccionan o constituyen inertes enel proceso de biogasificación. Ambasmaterias son perjudiciales para unaprovechamiento del biogás, por locual, se hace necesario una reducciónde éstos hasta valores adecuados parasu uso como material energético.

Los motores a gas para la generacióneléctrica tienen establecidos comolímite máximo de contenido de hume-dad un rango comprendido entre el 70y el 80% HR en dependencia del fabri-cante del motor y de un contenido enpartícula muy bajo. Por ello se hacenecesario disminuir, en dicha corriente,tanto el contenido de humedad comoel de partículas (<1 mg/Nm3) hastavalores permisibles para su uso.

Todo esto indica que para un usopotencial del biogás como materialenergético se requiere un acondicio-namiento previo que permita eliminartodas estas impurezas, garantizando ungas adecuado para su uso en la gene-ración de energía eléctrica.

Los sistemas actuales para la elimina-ción de dichos compuestos utilizan téc-nicas que poseen por lo general una odos etapas de las cuales una se relacio-

El biogás es una mezcla de gases, formado principalmente por metano, CO2, vapor de agua ytrazas de otros componentes. Para un uso adecuado de éste se requiere reducir su contenido en

humedad y separar de él todos los compuestos que son perjudiciales en la vida útil de los equiposinvolucrados en su aprovechamiento como biocombustible.

Joaquín Reina Hernández, Energy & Waste Technologies

OCTUBRE 2006

Humedad y siloxanos en el biogás generado en vertederos y depuradoras

BIOGÁS

Componentes Concentraciones típicas Flujo

(vol %) (t/day) (t/yr)Methane 50-55 8.99 3,281Oxygen 0.8-2 0.65 237Carbon dioxide 30-40 13.52 4,935Nitrogen 8-13 3.71 1,354Base 1,000 m3/h

Tabla 1. Componentes básicos y concentraciones típicas del biogás generado en vertederos.

Compuestos Vet-010618 Vet-010522

L2 Hexametildisiloxano 6.6±0.7 6.8

D3 Hexametilciclotrisiloxano 1.5±0.2 1.9

D41 Octametilciclotetrasiloxano 17±3 10

D5 Decametilciclopentasiloxano 2.4±0.3 2.8

D6 Dodecametilciclohexasiloxano <1 <1

D7 Tetradecametilcicloheptasiloxano <1 <1

Tabla 2. Diferentes especies de siloxanos encontrados en biogás de vertedero.

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na con la deshumidificación y otra, conla eliminación de los siloxanos, ya seapor métodos físicos tales como: elsubenfriamiento, la adsorción en car-bón activado o silicagel, filtros de grafi-tos, determinados tipos de resinas,como por métodos químicos como porejemplo, el lavado con ciertos reactivos(metanol, ácido sulfúrico, aceites, etc.).

Parte experimental

Dos métodos se utilizan con la finali-dad de conocer el grado de elimina-ción de los siloxanos en la corriente debiogás: el primero basado en la técnicade enfriamiento del biogás hasta valo-res cercanos a los 2 ºC y el segundocombinando dos técnicas de separa-ción: el enfriamiento y la adsorción encarbón activo.

El primer método, es decir, el de enfria-miento se utiliza además para reducir lahumedad contenida en el biogás. Lafigura adjunta muestra el efecto de lavariación de la temperatura sobre elcontenido de vapor de agua.

Para la realización de los ensayos dediseño se construye una instalaciónpara el tratamiento de 500 m3/h debiogás procedente de vertedero. Loselementos que la componen son lossiguientes:

• Intercambiador de superficie. Deltipo tubo y coraza. En este equipo elbiogás procedente del vertederopasa por el interior de los tubosmientras que por la coraza circula elagua fría. La tabla 3 muestra lascaracterísticas del equipo usado

• Máquina de enfriamiento. Es unaenfriadora de agua que posee unapotencia frigorífica de 50.500frigorías/h, con un caudal de agua dehasta 12 m3/h y opera hasta –5 ºC

• Filtro de carbón activo. EquipoVENTSORB 120 K14-P, con carbónactivo tipo K14-P para la reducciónde siloxanos

Los análisis realizados al gas se realiza-ron por cromatografía gaseosa acopla-da a un espectrómetro de masa con lafinalidad de determinar los tipos y con-centración de las siliconas presentesen el biogás del vertedero.

Los resultados alcanzados con ambastécnicas se presentan en la tabla 4.

Conclusiones

• Un método adecuado para la elimi-nación de los siloxanos del biogáshasta valores aceptables para su usoen la generación eléctrica o la pro-ducción de calor es la combinación

del enfriamiento con la adsorción encarbón activo.

• La reducción también es posible usan-do sólo el método de enfriamientohasta valores cercanos a los 2 ºC. Coneste método además se elimina ungran contenido de la humedad pre-sente en el biogás. Esta técnica dereducción (enfriamiento) elimina por logeneral los siloxanos del tipo D4 y D5.

• La eficiencia de reducción alcanzadacon la técnica de enfriamiento no es

superior al 50% mientras que combi-nando ambas técnicas se supera el90%.

Referencias

• J. Reina. et al (Nov. 2002). Plant forbiogas treatment for its use as bio-fuel. Proceedings 9º CongresoMediterráneo de Ingeniería Química.Barcelona.

• R.Huppmann, H.W. Lohoff, H.F.Schröder, Fresenius J. (1996). Cyclicsiloxanes in the biological waste watertreatment process-Determination,quantification and possibilities of elimi-nation, Anal.Chem., 354 (66-71).

• Determination of Low MolecularWeight Silicones in Plasma and Bloodof Women after Exposure to SiliconeBreast Implants by GC-MS, AnalChem., 2001, 73, 606-611.

• Estrella Jara. (Abril. 1999). La lubrica-ción de motores a biogás. Mobil OilS.A. Infopower.

• M. Constant, H. Naveau, G.-L. Ferreroand E.-J. Nyns. Biogas end-use in theEuropean community. Commission ofthe European communities. Elsevierapplied science.

• Estibaliz. A, José. I. Ciria. (2004).Siloxanos en motores de gas. Boletínmensual sobre lubricación y manteni-miento.

• www.ewtech-ing.com• www.organic.com

OCTUBRE 2006

BIOGÁS

Condiciones de servicio Lado carcaza Lado tubos

Fluidos Agua + 35 % glicol BiogásCaudal kg/h 2540 500Temperatura entrada ºC -5 45Temperatura salida ºC 2 4Presión de operación bar 3 0.03∆p mm ca 500 110Nº de pasos 1 1Potencia térmica kW 2.7Coeficiente de trasferencia Wm2ºC 77.7Área de intercambio m2 8Diámetro de coraza m 0.3Diámetro de tubo m 0.1

Tabla 3. Características técnicas del intercambiador de calor construido para losensayos.

Siloxanos Sin tratamiento Enf Enf + Ads

L2 6.6±0.7 6.8 1.5D3 1.5±0.2 1.2 0.3D41 17±3 4 n.d.D5 2.4±0.3 1.8 0.5D6 <1 <1 n.d.D7 <1 <1 n.d.Total ≈ 28 ≈ 13.8 ≈ 2.3

Tabla 4. Resultados alcanzados haciendo uso de diferentes técnicas de tratamiento.Enfriamiento (Enf) y enfriamiento más adsorción (enf+ads).

Efecto de la variación de la temperaturaen el contenido de humedad del biogás

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