ES2290378T3 - Procedimiento para la puesta en servicio de instalaciones que producen o conducen gases con un contenido de metano, en particular instalaciones para la produccion de biogas o conducciones que conducen biogas. - Google Patents
Procedimiento para la puesta en servicio de instalaciones que producen o conducen gases con un contenido de metano, en particular instalaciones para la produccion de biogas o conducciones que conducen biogas. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la puesta en servicio de instalaciones que producen o conducen gases con un contenido de metano, en particular instalaciones para la producción de biogás o conducciones que conducen biogás, realizándose que el oxígeno que se encuentra en las instalaciones es desalojado desde las instalaciones por enriquecimiento con el gas con un contenido de metano y es entregado a la atmósfera, caracterizado porque el desalojo del oxígeno es mantenido durante tanto tiempo hasta que en la mezcla gaseosa entregada a la atmósfera se traspase hacia valores inferiores una concentración de oxígeno de 6 por ciento en volumen.
Description
Procedimiento para la puesta en servicio de
instalaciones que producen o conducen gases con un contenido de
metano, en particular instalaciones para la producción de biogás o
conducciones que conducen biogás.
El invento se refiere a un procedimiento para la
puesta en servicio de instalaciones que producen o conducen gases
con un contenido de metano, en particular instalaciones para la
producción de biogás o conducciones que conducen biogás,
realizándose que el oxígeno que se encuentra en las instalaciones es
desalojado desde las instalaciones por enriquecimiento con el gas
con un contenido de metano, y es entregado a la atmósfera.
En el caso de la producción o del tratamiento
ulterior de gases con un contenido de metano, p.ej. de biogás, un
gas de vertedero o un gas de depuración de aguas residuales, se
establecen elevadas exigencias en cuanto a la puesta en servicio de
las correspondientes instalaciones. En particular, al poner en
marcha instalaciones para la producción de biogás, las dependencias
técnicas de procedimiento y técnicas de seguridad de las etapas
parciales de la puesta en servicio exigen una atención especial.
También a causa de la alta sensibilidad al tratar con un material
de inoculación es de gran importancia un transcurso rápido, lo más
exento de interrupciones que sea posible.
Durante la puesta en marcha, con la iniciación
de la producción de metano resulta una mezcla de metano y aire, que
puede explotar cuando hay disponibilidad de una fuente de
inflamación externa. Con el fin de evitar peligros en la puesta en
servicio de instalaciones para la producción de biogás, por lo
tanto, hasta ahora el reactor de biogás y eventualmente las
instalaciones que conducen biogás del sistema de biogás conectado a
continuación, se han inertizado con nitrógeno. La puesta en
servicio tenía por lo tanto las siguientes etapas parciales:
En primer lugar, el reactor de biogás se llenaba
con agua para realizar un precalentamiento. A continuación, se
introducía nitrógeno en el reactor de biogás, con lo cual era
inertizado el contenido del reactor. Después del vaciado, éste se
inoculaba con microorganismos productores del biogás. Después de la
adición de un substrato que se había de fermentar, se iniciaba
finalmente la producción del biogás.
También las conducciones que conducían el biogás
y las instalaciones del sistema de biogás, conectado a continuación
del reactor de biogás, con el fin de tratar ulteriormente el biogás
producido en el reactor de biogás, eran inertizadas con nitrógeno
hasta ahora antes del servicio, con el fin de impedir, durante la
fase de puesta en marcha con una producción iniciada de metano, la
formación de una mezcla de metano y aire capaz de explotar.
La inertización con nitrógeno está vinculada sin
embargo con ciertas desventajas:
Una inertización total de los reactores de
biogás, en particular de los de gran tamaño, p.ej. con un volumen
de los reactores de más de 6.000 m^{3}, tampoco es posible con
grandes cantidades de nitrógeno, puesto que en el reactor de
biogás, que se ha de inertizar, se forman forzosamente las
denominadas zonas muertas, en las cuales permanecen unos contenidos
indeseados de oxígeno residual. Además, el proceso de inertización
es muy largo, lo cual a causa del elevado gasto en tiempo y
personal, provoca desventajas económicas. Además de esto, ha de
contarse con unos costos elevados mediante el empleo de muy alta
cantidad de nitrógeno.
Como alternativa, ya se ha propuesto desalojar
el aire desde conducciones que conducen gases, por medios mecánicos,
con ayuda de un émbolo.
A partir de los documentos de solicitudes de
patente alemanas DE 37.37.870 A, DE 100.01.107 A, de la cita de
ZHANG R H y colaboradores: "Anaerobic treatment of swine waste by
the anaerobic sequencing batch reactor" [Tratamiento anaerobio
de desechos de ganado porcino mediante el reactor discontinuo de
secuenciación anaerobia] TRANS ASEA; TRANSACTIONS OF THE ASAE
MAYO-JUNIO 1997 ASAE, ST. JOSEPH, MI, EE.UU., tomo
40, nº 3, Mayo de 1997 (1997-05), páginas
761-767, XP 009019011, y O'KEEFE D M Y
COLABORADORES: "Influence of methane enrichment by aeration of
recirculated supernatant on microbial activities during anaerobic
digestion" [Influencia del enriquecimiento con metano por
aireación del material sobrenadante recirculado sobre las
actividades microbianas durante una digestión anaerobia]
BIORESOURC. TECHNOL.; BIORESOURCE TECHNOLOGY 2000, ELSEVIER SCIENCE
LTD, EXETER, INGLATERRA, tomo 71, nº 3, 2000, páginas 217 - 224, XP
002258267, se conocen procedimientos para la puesta en servicio de
instalaciones productoras de metano gaseoso, que comprenden el
desalojo del oxígeno por enriquecimiento con un gas que contiene
metano, así como su entrega a la
atmósfera.
atmósfera.
El documento de solicitud de patente de la Unión
Soviética SU-A-1.622.357 divulga un
procedimiento para la puesta en servicio de instalaciones para la
producción de biogás, que comprende la medición de un umbral de
concentración de oxígeno con el fin de evitar explosiones. En este
caso, se utiliza un gas inerte, que tan solo al traspasarse hacía
valores inferiores una concentración determinada de oxígeno (2,5%)
ya no es introducido.
En el documento de solicitud de patente de la
República Democrática Alemana DD 228.535 se describe finalmente un
procedimiento para la evacuación de instalaciones para la producción
de biogás con subsiguiente inertización. En este caso, el aire es
insuflado directamente en el lodo de putrefacción. Mediante la
sensibilidad frente al oxígeno de las bacterias productoras de gas,
disminuye el contenido en metano del biogás, cuya reducción se
detiene gradualmente. La insuflación de aire se efectúa de tal
manera que el contenido en oxígeno de la mezcla gaseosa formada no
sobrepase una concentración máxima de 6%. En el caso de un contenido
en metano menor que 2%, el proceso de inertización está terminado y
el reactor de biogás se puede abrir sin peligro.
La misión del presente invento consiste en la
puesta a disposición de un procedimiento alternativo de inertización
al ponerse en marcha instalaciones productoras de metano o
respectivamente de biogás.
El problema planteado por esta misión se
resuelve conforme al invento mediante el recurso de que el desalojo
del oxígeno es mantenido durante tanto tiempo hasta que en la mezcla
gaseosa entregada a la atmósfera traspase hacia valores inferiores
una concentración de oxígeno de 6 por ciento en volumen. Las
instalaciones se consideran entonces como inertizadas, de manera
tal que ya no existe ningún peligro de explosión y se puede reanudar
el servicio
normal.
normal.
El invento se basa en este caso en el principio
de desalojar el oxígeno del aire por enriquecimiento con metano. La
resultante mezcla de metano y aire es descargada a la atmósfera de
una manera controlada. A causa de la diferencia de densidades entre
el metano y el aire, el peligro de explosión se reduce rápidamente
con una distancia creciente de la descarga desde el terreno.
En el caso de la puesta en servicio de reactores
de biogás se muestran de una manera especialmente manifiesta las
ventajas del procedimiento conforme al invento frente a la habitual
inertización con nitrógeno. Puesto que la formación del biogás se
efectúa uniformemente sobre toda la superficie de fermentación, no
aparecen zonas muertas con una concentración elevada de oxígeno,
tal como ocurre frecuentemente en el caso de la inertización con
nitrógeno.
Convenientemente, al poner en servicio el
reactor de biogás, primeramente se bloquea el camino del gas hacia
las instalaciones conectadas a continuación para el tratamiento
ulterior del biogás, y se abre por lo menos un orificio para la
evacuación por soplado en la zona superior del reactor de biogás.
Entonces, el reactor de biogás es llenado con agua, que es
calentada p.ej. hasta 35ºC, por ejemplo mediante un intercambiador
de calor y una bomba de recirculación. A continuación, se lleva a
cabo una inoculación con microorganismos productores de biogás,
p.ej. con un lodo de depuración de aguas residuales, procedente de
una etapa anaerobia-mesófila de una instalación
para la depuración de aguas residuales. Después de la adición del
substrato que se ha de fermentar, se inicia finalmente la
producción del biogás. La concentración de oxígeno en la mezcla
gaseosa descargada a través del orificio para evacuación por
soplado se mide preferiblemente de una manera continua, y, al
traspasarse hacia valores inferiores una concentración de oxígeno de
6 por ciento en volumen, se cierra el orificio para evacuación por
soplado, y se abre el camino del gas hacia las instalaciones
conectadas a continuación para el tratamiento ulterior del biogás.
Entonces puede iniciarse el servicio normal.
El invento se puede emplear para la segura
puesta en servicio de todas las instalaciones concebibles, que
producen o conducen gases con un contenido de metano. En particular,
el invento está concebido para la puesta en servicio de
instalaciones para la producción de biogás, realizándose que tanto
el reactor de biogás como también las conducciones que conducen
biogás de todo el sistema de biogás previsto para la producción y el
tratamiento de biogás, se pueden poner en servicio del modo
descrito.
Es ventajoso en el caso del procedimiento
conforme al invento, en particular, el hecho de que se hace posible
una completa evacuación del oxígeno sin zonas muertas, incluso en el
caso de grandes volúmenes de los reactores. Además, se reduce
esencialmente el gasto de tiempo y personal en comparación con la
habitual inertización con nitrógeno. No resultan costos adicionales
para el nitrógeno.
A continuación, el invento debe explicarse con
mayor detalle de ejemplos de realización:
El primer ejemplo de realización concierne a la
puesta en servicio de un reactor de biogás:
En el presente ejemplo de realización se trata
de un habitual reactor de biogás (biorreactor) destinado a la
producción de un biogás que contiene metano a partir de un substrato
que se ha de fermentar, p.ej. de desechos biológicos. Para la
puesta en servicio del biorreactor, en primer lugar se bloquea el
camino del gas hacia el sistema de biogás conectado a continuación.
Se garantiza una respiración del biorreactor a través de un
orificio situado en la cúpula. Sobre el techo del biorreactor están
a disposición, a una altura de aproximadamente 25 m, diferentes
orificios para la evacuación por soplado. Para el precalentamiento
del biorreactor se introducen aproximadamente 3.000 m^{3} en el
biorreactor. El agua es calentada hasta una temperatura de
aproximadamente 35ºC a través de un intercambiador de calor y de
una bomba de recirculación. A continuación, el reactor de biogás es
inoculado con un lodo de depuración procedente de una etapa
anaerobia-mesófila de una instalación de depuración
de aguas residuales. En este caso se añade un material de
inoculación en un volumen de aproximadamente 1.500 m^{3}. Como
substrato que se ha de fermentar se introducen en el reactor de
biogás aproximadamente 2.000 m^{3} de una papilla diluida
procedente de un compensador de alimentación de papilla. La
composición de gas en el interior del reactor de biogás es vigilada
a partir del momento de la inoculación. Tan pronto como son
detectables una formación de metano y un consumo de oxígeno, se
aumenta gradualmente la cantidad dosificada de papilla. En este
contexto, se observan el valor del pH y la temperatura. La cantidad
producida de biogás desaloja al aire que se encuentra en el recinto
de gas del reactor de biogás y circula a través del orificio para
evacuación por soplado situado en el techo del reactor de biogás
hacía la atmósfera. El biogás saliente es más ligero que el aire y
sube hacia arriba. La evacuación del oxígeno se considera como
terminada cuando la concentración de oxígeno en el gas saliente ha
disminuido hasta menos de 4 por ciento en volumen. Tan pronto como
se ha traspasado hacia valores inferiores este valor, se cierra el
orificio para evacuación por soplado y se abre el camino del gas
hacia el sistema de biogás conectado seguidamente. Se comienza
entonces el servicio normal.
El segundo ejemplo de realización concierne a la
puesta en servicio de conducciones tubulares de biogás:
Al poner en servicio el sistema de biogás, las
conducciones individuales de biogás son atravesadas por soplado con
un biogás. En este caso, por una parte, se abre la conexión hacia el
sistema que ya está conduciendo el biogás y, por otra parte, se
abre un orificio para evacuación por soplado, situado en el otro
extremo de la conducción de biogás. El biogás que procede del
reactor de biogás desaloja el aire desde la conducción tubular de
biogás y circula a través del orificio para la evacuación por
soplado hasta un lugar seguro en la atmósfera. El biogás saliente
es más ligero que el aire y sube hacia arriba. El barrido de la
conducción tubular de biogás se efectúa a una presión máxima del
gas en el reactor de biogás de p.ej. 55 milibares. Se llevan a cabo
solamente unos breves períodos de tiempo de barrido, de manera tal
que la presión en el recinto de gas del biorreactor permanece
inalterada durante el barrido. La altura necesaria del orificio para
evacuación por soplado se establece tomando en consideración los
aspectos locales, tecnológicos y de técnica de seguridad. En el
presente ejemplo de realización está prevista una altura de 10
m.
Claims (2)
1. Procedimiento para la puesta en servicio de
instalaciones que producen o conducen gases con un contenido de
metano, en particular instalaciones para la producción de biogás o
conducciones que conducen biogás, realizándose que el oxígeno que
se encuentra en las instalaciones es desalojado desde las
instalaciones por enriquecimiento con el gas con un contenido de
metano y es entregado a la atmósfera, caracterizado porque el
desalojo del oxígeno es mantenido durante tanto tiempo hasta que en
la mezcla gaseosa entregada a la atmósfera se traspase hacia
valores inferiores una concentración de oxígeno de 6 por ciento en
volumen.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque para la puesta en
servicio de un reactor de biogás, primeramente se bloquea el camino
del gas hacía instalaciones conectadas a continuación destinadas al
tratamiento ulterior del biogás, y se abre por lo menos un orificio
para evacuación por soplado situado en la zona superior del reactor
de biogás, el reactor de biogás se calienta previamente p.ej.
mediante llenado con agua, a continuación se lleva a cabo una
inoculación con microorganismos productores de biogás y se aportan
éstos al substrato que se ha de fermentar, se mide la concentración
de oxígeno en la mezcla gaseosa evacuada a través del orificio para
evacuación por soplado, y cuando se traspasa hacia valores
inferiores una concentración de oxígeno de 6 por ciento en volumen
se cierra el orificio para evacuación por soplado y se abre el
camino del gas hacia las instalaciones conectadas a continuación,
destinadas al tratamiento ulterior del biogás.
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