Planta para la producción de biometano.

Dr. Joaquín Reina Hernández.

Energy & Waste

C/ Cardaire 31 1º 4º Terrassa-BCN

Telf.+34 717120104

[email protected]

Planta para la producción de biometano. De la investigación al desarrollo industrial.

Índice.

1.- Energy & Waste.

2.- Planta para la producción de biometano.

o Problemática

o Tipos de tecnologías para la producción de biometano (GN).

3.- De la investigación al desarrollo industrial.

4.- Conclusiones.

5.- Invitación.

Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.

Dpto. Biogás.

Energy & Waste desarrolla su actividad dentro del sector del

tratamiento y valorización de residuos, aplicando tecnologías de

desarrollo propio. Su trabajo involucra, tanto la I+D+i en este sector,

como el desarrollo de tecnologías dentro de la ingeniería de procesos

químicos.

El grupo especializado en la limpieza del biogás para diferentes usos

(energía o biocombustible) y en el tratamiento térmico de residuos, ha

ampliado su área de acción hacia el tratamiento aguas residuales,

introduciendo nuevas tecnologías en dicho sector.

También desarrolla cursos de formación especializado en el sector del

Biogás y Tratamiento Térmicos de Residuos dada su experiencia y

formación


Dpto. Biogás.

Área de acción.

Tecnología Biolimp-MPdry. Limpieza del biogás

La tecnología para el acondicionamiento/limpieza del biogás(Biolimp-MPdry ) es una tecnologías multipropósito para lalimpieza del biogás.

Dentro de ella se encuentran. La tecnologías Biolimp-Siloxa , parala eliminación de siloxanos y la tecnología Biolimp-Sulfure para laeliminación de H2S en el biogás. Ambas basadas en métodossecos de eliminación.

Como tecnología para la limpieza, se basa en combinación detécnicas de eliminación y la misma cuenta de dos etapas bases.Etapas.1. Gruesa. Enfriamiento-condensación-lavado sin aporte de agua.2. Fina. Adsorción en carbón activado y otros adsorbentes.


Dpto. Biogás.

Gamas y campo de aplicación de la tecnologías

Biolimp-Siloxa. Para eliminación de humedad, siloxanos e

hidrocarburos. Es aplicable para cualquier caudal y concentración de los

mismos. Típico en vertederos y EDAR. Eficiencia de remoción > 95 %

Biolimp-Sulfure. Para eliminación de humedad y H2S (sulfuro de

hidrógeno). Es aplicable para cualquier caudal pero relativamente baja

concentraciones de H2S < 1000 ppm. Típico en EDAR o como etapa

rectificativa de un proceso biológico de desulfuración. Eficiencia de

remoción > 95 %


Dpto. Biogás.

Biolimp-MPdry (2014-2016). EDAR Los Tajos. San José de Costa Rica. Acciona

aguas

h. /3Nm500 Capacidad de tratamiento Objetivo. Eliminación de humedad, hidrocarburos y siloxanos

Proyectos realizados

Biolimp-Siloxa-Desulfure (2015-2016). EDAR Alcalá Oeste. Madrid España. Acciona agua

. h/3Nm340 Capacidad de tratamiento

S2siloxanos y Hhidrocarburos, Eliminación de humedad, Objetivo.


Biolimp-MPdry Siloxa (2016). EDAR Butarque. Madrid España. Drace-Dragado

. h/3Nm1.320 Capacidad de tratamiento

S2siloxanos y HEliminación de humedad, Objetivo.


o Problemática.

Las necesidades energéticas son crecientes debido al desarrollo dediferentes tipos de procesos e industrias que la requieren para satisfacersus necesidades.

La dependencia energías fósiles, como Europa, y dentro de esta España,mira cada vez más, y con mayor interés las energías renovables y apuestapor el desarrollo de las mismas como fuentes de su futuro desarrollo.

El biogás procedente de diferentes orígenes, constituyen una valiosamateria para la producción de energía, productos químicos ybiocombustibles.

El biogás se presenta como sustituto principal del gas natural para serinyectado a red o para uso en la automoción.


Dpto. Biogás.



Dpto. Biogás.

o Tecnologías para el enriquecimiento (Biometano).

Actualmente existen cinco tecnologías que compiten en el mercado deproducción de Biometano.

1. Absorción química. Reactivo selectivo

2. Lavado con agua a alta presión.

� Con recirculación.

� Sin recirculación

3. Técnicas de Adsorción. (PSA)

� Presión oscilatoria.

4. Separación criogénica.

5. Separación por membranas.



Dpto. Biogás.

Tecnología objeto de investigación.

Selección. Absorción química.

Motivos.

1. Reactivo selectivos. Aplicable a eliminación de gases ácidos (CO2 y H2S)

2. Opera a bajas presiones. Presión del orden de los 150 mbar essuficiente

3. Proceso conocido en la industria del GN. Concentración de CO2 nomayor del 15 %. Considerado un sistema ideal.

4. Reactivo regenerable por destilación a 105 ºC y a presión no superior deun (1) bar

Reactivo. Monoetanolamina

3.- De la investigación al desarrollo industrial.

Modelo de laboratorio. Vertedero de Vacarisses. Año 2001

Planta a escala de banco para ensayos de producción de biometano.

Partes componentes

Torre de absorción. Tipo relleno

Torre de destilación. Tipo relleno

Filtros de silicagel

Tanque almacenamiento de reactivo

Cromatógrafo.

Sistema de medición y control

Sistema de bombeo

Condiciones de operación

Reactivo. MEA al 20 %.

Caudal. 1 m3/h Biogás

Caudal de MEA. 15 lit/h

Presión Ope. 240 mbar.

Temperatura 25 ºC

Biogas. Vertedero

Diámetro de torre Abs: 80 mm

Diámetro torre Des : 50 mm

Biogás limpio

Planta a escala de banco para la compresión e inyección del biometano a vehículos.

Partes componentes

Compresor. ∆p = 250 bar

Capacidad = 0,5 m3/h

Tipo . Llenado lento.

Autonomía coche = 250 km

Compresor

Filtro de partículas

Contador de gas

Bombas de llenado primario

Bombas de llenado secundario

Sistema de suministro a vehículo

Sistema de tubería.

Condiciones de operación

Modelo de laboratorio. Vertedero de Vacarisses. Año 2001

Resultados.

1. Modelos matemáticos.

� Sistema ideal.

� Sistema real

2. Condiciones de operación.

3. Estequiometria de las reacciones

� Receta del proceso

4. Programa de simulación en Excel

Energy & Waste Aguas, Energía y Residuos.

Dpto. Biogás.

Tecnología Biolimp-Energy . Producción de biometano

Acondicionamiento/Limpieza del

Enriquecimiento/concentracción en

Regeneración del solvente

Secado del gas/Odorización

Compresión, almacenamiento y

distribución

Energía térmica(calor)

CO2

(97-99 %)

Condensado

Condensado

BPA250 bar.

Automoción

BPR12 barRed

Odorizante

Biogás.Vertedero.

Planta Metanización.

Diagrama de bloque de operaciones.

Modelo industrial� Capacidad de diseño = 100 Nm3/h� Presión de diseño = 250 mbar

Diagrama de flujo.

Equipos

1.- Deshumidificador 15.- Maquina refrigeración.2.- Recuperador 16.- Bomba Mea rica3.- Filtro CA 17.- Calentador4.- Bomba de condensados 18.- Enfriador5.- Filtro de particulas 19.- Torre de destilación6.- Torre de absorción 20.- Condensador7.- Tanque de MEA 21.- Calderín8.- Bomba de alimentación 22.- Bomba Mea pobre9.- Deshumidificador. 23.- Caldera de vapor10.- Filtro de secado 24.- Filtro de secado.11.- Filtro de particulas 25.- Filtro de partículas.12.- Compresor de biogás 26.- Compresor de CO 2

13.- Almacenamiento. 27.- Almacenamiento CO 2 .14.- Máquina refrigeración

Máquina de refrigeración

agua 0 ºC

Máquina deRefrifgeración

v

Máquina de refrigeración

agua 0 ºC

Máquina deRefrifgeración

Biogas Sucio

Biogás enriquecido

CO2

Proyecto. Biolimp-EnergyDiagrama de flujo BPA químico. Absorción en alkanoa mina

v

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

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14

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25 26

27


Dpto. Biogás.

Balance de masa y energía. Desarrollo de un programa en Excel para lasimulación del proceso. Modelos obtenido a nivel de laboratorio.

BPR 55,71 78,00 (kg/h) (% Vol)

CH4 55,7 100,00

CO2 0,0 0,0

O2 0,00 -

H2S 0,0 0,0 T (ºC) 5,00

N2 - - H2O (kg/h) 0,666

T (ºC) 10,00 5 MSG (kg/h) 1,664H2O (kg/h) 0,666 0,00067 MSH/mes 119,83

ρSeco (kg/m3) 0,70

H2S (mg/m3) (ppm x PM)/24,45

mg/m3 6.973,00

kg/m3 0,007 Agua (m3/h) 2,92

kg/h 0,837 Tent (ºC) -2,0 Vap top (kg/h) 165,00 Agua (m3/h) 19,06

Tsal (ºC) 3,0 Tvap (ºC) 95,00 Tent (ºC) 20,0

Biogás 138,2 120,00 ∆TMLDT 18,54 Tsal (ºC) 25,0

Composición (kg/h) (m3/h) AT (m2) 1,31 Lean (kg/h) 1.799,96 ∆TMLDT 30,83

CH4 55,71 65 MEA 359,99 AT (m2) 7,03

CO2 82,50 35 H2O 1.439,97

O2 - 0 QL3 (kcal/h) 79.018,42

H2S - 0 T (ºC) 25 CO2 (%) 100

N2 - 0 Dtabs (m) 0,3 (kg/h) 82,50

T (ºC) 38,00 38 Vgas (m/s) 0,47 TCO2 (ºC) 30

H2O 4,96

ρSeco (kg/m3) 0,69 Agua (m3/h) 15,80

Tent (ºC) 20,0

Tsal (ºC) 25,0 Vap (col) (kg/h) 300,1

∆TMLDT 19,54 Tcol (ºC) 105,0Agua (m3/h) 4,66 AT (m

2) 9,20

Tent (ºC) -2,0 Tsal (ºC) 3,0

∆TMLDT 12,31 QL2 (kcal/h) 47.411,05AT (m

2) 3,15 TL2 (ºC) 75,00

Vapc (kg/h) 422,1 P (bar) 3,0

TR2 (ºC) 70,01 Tvap (ºC) 133,0

∆TMLDT 35,77 AT (m2) 25,17

Biogás 135,81 119,998 AT (m2) 3,01 Vol (m3) 2,25

(kg/h) (% Vol) Pt (kW) 257,4

CH4 55,71 65 Q (m3/h) 41,0

CO2 82,50 35

O2 0,00 0,00

H2S - 0 Rich (kg/h) 1.882,5 %

N2 - 0,00 MEA 245,6 13,05

T (ºC) 25 H2O 1.406,22 74,70 Lean (kg/h) 1.800,0 %

H2O 2,56 (m3/h) Sal 116,2 6,18 MEA 360,0 0,20

▲H2O 2,40 0,002 HCO3 114,4 6,08 H2O 1.440,0 0,80

MCA (kg/h) 2,79 TR1 (ºC) 38,4 100 TL1 (ºC) 105,0 0

MCA/mes 2.008,22 QR (kcal/h) 19.996,95 QL (kcal/h) 143.997,12Vol F (m3) 5,36 Cp (kcal/kgºC) 0,80 Cp (kcal/kgºC) 0,88

Torr

e de

Abs

orci

ón

Torr

e de

Des

tilac

ión

Torr

e de

Ads

orci

ón

Biogás para automoción (BPA) o su inyección a red d e gas natural (BPR).Biomasa Peninsular 120 m 3/h Biogas crudo

BPA250 bar

BPR16 bar

Torr

e de

Ads

orci

ón


Dpto. Biogás.

Consumos aproximados

Proyecto. Biolimp-Energy.-EDAR

Nota. Valores estimativos .

Consumo electrico y térmico.

Tipo de máquina. Cantidad Función/ubicación. Potencia consumida. Comentarios

(kWe/kWt)

1,- Máquina de refrigeración 1 Deshumidificaión del biogas crudo 7

Deshumidificación del Biometano

2,- Soplante 2 Bombeo del gas a proceso 4

3,- Bombas 5 Alimentación solvente a TD y TA. Centrifugas 7,5

Dosficicación reactivo. Dosificadoras

Alimentación de agua a caldera. Centrifugas

4,- Maquina de refrigeración 1 Enfriamiento del solvente (TA) 45-A Máq. Refrigeración

Condensación de vapores (TD) 7-B Torre humidificación.

5,- Caldera de vapor 1 Generaciónde vapor a TD 46 m3/h (Biogás) Biogás crudo

20 m3/h (Biogás) Biometano

Opciones

A 0,71 kW/m3

Biogás

B 0,32 kW/m3

Biogás

Nota. Valor reportado . 0,69 kW/Nm3

Biogás

Energy & Waste Tech.Aguas, Energía y Residuos.

Dpto. Biogás.

Construcción. Planta industrial. Producción de Biometano

1ª Planta del gobierno Español. Vacarisses-Barcelona- Propiedad del Grupo Hera Hold.2003-2005

Energy & Waste Tech.Aguas, Energía y Residuos.

Dpto. Biogás.

Uso del Biometano. Automoción

Sistema de compresión, almacenaje e inyección.

Energy & Waste Aguas, Energía y Residuos.

Dpto. Biogás.

4.- Conclusiones

1. Opera a bajas presiones. Lo que reduce coste de equipamiento y consumo deenergía.

2. El reactivo químico utilizado es selectivo. Se reducen a un máximo las pérdidasde metano (CH4). El metano es 21 veces más contaminante que el CO2.

3. Fácil y bajo coste de tratamiento de los efluentes del proceso. El CO2 por su altapureza (> 98 %) puede ser recuperado para otros usos (llenado de extintores deincendio, producción de hielo seco, industria de bebidas y licores, alimentaciónde cultivo de algas, industria de extracción del petróleo, producción de metano,etc.).

4. La demanda eléctrica del proceso no supera los 0.15 kWh/Nm3 RB.

5. Biolimp-Energy es el resultado del trabajo de (I+D+i) del grupo Energy &Waste .

6. Desarrollo de un programa de cálculo y diseño sobre Excel para la simulación delproceso de producción de Biometano.


Dpto. Biogás.

Tipos de curso: Capacitación/formación.

Modalidad del curso: Teórico

5.- Invitación.

Información.Joaquin Reina Hdz.

[email protected].: +34717120104

15ª edición

Gracias

Planta para la producción de biometano.

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