ES2367731A1 - Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogás.Procedimiento para la producción anaeróbica de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado porque entre un 5 y un 30 % en volumen del biogás producido es burbujeado al efluente del digestor que comprende al menos las siguientes etapas: derivación de parte del biogás producido desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del digestor; almacenamiento del afluente al digestor en un depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para una capacidad determinada por un tiempo de residencia preferiblemente entre 1-3 horas; burbujeo del biogás en el seno del afluente del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el pH es inferior a 7,5; y captación del biogás burbujeado y su reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la concentración de H2S.
Description
Procedimiento para la disminución de la
concentración de dióxido de carbono en biogás.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La presente invención se refiere a un proceso
para la disminución del dióxido de carbono del biogás y mejorar la
eficiencia de la digestión anaerobia. Por lo tanto la invención
pertenece al sector de la técnica de procesos de
depuración/regeneración de aguas residuales, producción de energía
renovable y disminución de gases de efecto invernadero.
\vskip1.000000\baselineskip
Existe muy poca información acerca de la
utilización del dióxido de carbono en la digestión anaerobia.
El 30-40% del biogás que se
produce durante la digestión anaerobia esta constituido por dióxido
de carbono. Además cerca del 30% del metano se basa en la acción de
bacterias autotróficas anaerobias estrictas que transforman el
dióxido de carbono y el hidrógeno en metano.
El protocolo de Kyoto ha establecido que las
emisiones de gases de efecto invernadero deben reducirse a partir de
2008 en un 6%. Se ha establecido un sistema de comercialización par
alas emisiones de dióxido de carbono que sitúan el precio de la
tonelada de dióxido de carbono en 11-19
\euro(Greefield and Batstone, 2005). Teniendo en cuenta la importancia que para la digestión anaerobia tiene el dióxido de carbono, se han sugerido diversas aplicaciones para el mismo.
Ghafari et al., 2009 estudiaron la
utilización del dióxido de carbono y el bicarbonato durante la
aclimatación de bacterias desnitrificantes autohidrogenotróficas y
el hidrógeno como donador de electrones. La naturaleza pH- reductora
del dióxido de hidrógeno, mostró un impacto desfavorable en la
velocidad de desnitrificación sin embargo el bicarbonato favoreció
el proceso dándole una mayor capacidad buffer, lográndose un pH
entre 7,0-8,2. Lei et al, 2007 utilizaron el
dióxido de carbono presente en el biogás para disminuir del pH del
efluente de digestión anaerobia cuyo pH fue elevado a 11 para lograr
el despojamiento del amoniaco. La aplicación del biogás al efluente
a pH alrededor de 11 disminuyó en 43 minutos el pH a 7, lográndose
un aumento de la concentración de metano en el biogás de 60% a 74%.
Kim et al., 2006 estudiaron el burbujeo de dióxido de carbono
en la producción continua de hidrógeno. Los mejores resultados se
obtuvieron a un flujo de dióxido de carbono de 300 ml/min.
Gangagni-Rao et al., 2007 estudiaron la
aplicación del biogás para la acidificación de residual de
cervecería antes de la digestión anaerobia en un reactor de flujo
ascendente y manto de lodos. Los autores argumentan las ventajas
económicas de la utilización del biogás como agente acidificante del
residual de cervecería. En la WO2008002538 A2 se describe un
procedimiento para el burbujeo del dióxido de carbono procedente de
máquinas de combustión de hidrocarburos para incrementar la
producción de biogás y reducir las emisiones de dióxido de carbono a
la atmósfera.
\vskip1.000000\baselineskip
En vista del estado de la técnica considerado,
es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento
para la producción de biogás que reduce entre un
10-20% las emisiones de dióxido de carbono a la
atmósfera. Además, el proceso de la invención permite aumentar la
producción de metano en un 9-15%, siendo la
eficiencia del 10-15% superior a los del estado de
la técnica. Al aumentar la eficiencia y la remoción de materia
orgánica, preferiblemente el proceso está asociado a una mejora en
la calidad del medio ambiente y en reducción del impacto medio
ambiental de los desechos industriales de biogás.
Por consiguiente, un primer aspecto de la
presente invención es un procedimiento para la producción anaeróbica
de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado porque entre un 5
y un 30% en volumen del biogás producido es burbujeado al afluente
del digestor que comprende al menos las siguientes etapas:
a) Derivación de parte del biogás producido
desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del
digestor;
b) Almacenamiento del afluente al digestor en un
depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al
digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para
una capacidad determinada por un tiempo de residencia hidráulico
preferiblemente entre 1-3 horas;
c) Burbujeo del biogás en el seno del afluente
del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el
pH es inferior a 7,5;
d) Captación del biogás burbujeado y su
reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la
concentración de H_{2}S.
\vskip1.000000\baselineskip
El burbujeo del biogás a la alimentación del
digestor provoca una disminución considerable de la concentración de
H_{2}S en la misma, con lo cual se ha aumentado la eficiencia del
proceso. Normalmente la invención conlleva una reducción de la
producción de H_{2}S entre 5-10% en el proceso de
digestión anaerobia.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Como consecuencia del pretratamiento efectuado
la eficiencia del proceso se puede llegar a incrementar en
4-10% en DQO; en 8-12% en sólidos
totales y en 9-13% en sólidos volátiles. En cuanto a
la producción de gas metano, se producen incrementos en oscilan del
orden de 9-10%.
En una realización preferente el volumen de
biogás derivado en la etapa (a) está entre el 10% y el 30%. Más
preferiblemente entre el 20 y el 30% del biogás producido en el
digestor anaerobio, es utilizado para burbujearse al afluente del
digestor que se encuentra confinado en un depósito herméticamente
cerrado que contiene un volumen equivalente al volumen de un día
alimentado. El biogás puede ser bombeado a razón de
1-3 Vol. Biogás/Vol. de Afluente por hora durante un
periodo de 1-3 horas durante el cual el pH desciende
normalmente a un valor cercano a 7 (ver Figura 1). El burbujeo se
puede efectuar mediante un distribuidor sumergido en el seno del
afluente al
digestor.
digestor.
El biogás después del burbujeo puede contener
una concentración de CO_{2} entre 10-20% más baja
y una concentración de H_{2}S tres veces superior, es decir desde
200-300 ppm a 500-600 ppm. Este se
reintegra al depósito de almacenamiento de biogás después de que el
H_{2}S sea removido mediante el procedimiento establecido. El
biogás utilizado en el burbujeo puede ser extraído directamente del
digestor o desde el depósito empleado para almacenamiento del
biogás.
Preferiblemente en el procedimiento el volumen
del almacenamiento del afluente del digestor en la etapa (b) está
determinado por el tiempo de retención hidráulico del proceso, dado
por la relación entre el volumen del digestor y el tiempo de
retención hidráulico: V/TRH, donde V es el volumen útil del digestor
y TRH es el tiempo de retención hidráulico en días.
En la etapa (c) preferiblemente se burbujea
entre 1 y 3 volúmenes de biogás/volumen de afluente por hora durante
un período inferior a 3 horas. Más preferiblemente se burbujea el
biogás necesario hasta que el pH es inferior a 7,5, preferiblemente
entre 6,7 y 7,1. Una vez que el pH del afluente haya descendido al
valor deseado se alimenta al digestor ese afluente según el tiempo
de retención hidráulico seleccionado.
En la etapa (d) se puede captar el biogás
mediante un tanque de afluente o tanque de burbujeo el cual está
conectado a un sistema para la reducción y/o eliminación de H_{2}S
presente en el gas.
Aunque el proceso se puede utilizar para la
descomposición anaeróbicamente de cualquier biomasa en general,
preferiblemente esta biomasa son aguas residuales y/o residuos con
pH entre 7-8, como son los residuos de las
lecherías.
Preferiblemente en el procedimiento de la
invención la digestión anaerobia se realiza en forma de doble fase,
donde la primera es una fase acidogénica y la segunda es una fase
metanogénica.
Una realización particular de la presente
invención esta basada en la utilización de parte del biogás
producido en el proceso de digestión anaerobia de residuos de
lechería previamente tamizados. El licor ya tamizado a un pH entre
7,5-8,0 es sometido a burbujeo de biogás durante un
período de tiempo entre 1-3 horas con lo cual se
logra una disminución del pH hasta valores cercanos a 7. Este
burbujeo se efectúa mediante una bomba que distribuye el biogás en
el seno del licor tamizado mediante un difusor, a razón de
1-3 V de Biogás/V de licor hora. El biogás que sale
del proceso se incorpora nuevamente a la corriente principal de
biogás en dirección a un equipo donde se elimina el sulfuro de
hidrógeno y posteriormente es almacenado para su uso. El biogás
requerido para el burbujeo de la alimentación del digestor se puede
extraer directamente del digestor o de donde se almacena el biogás.
Una bomba o compresor, se encarga de suministrar el biogás necesario
ara reducir el pH del afluente al valor deseado. El biogás
burbujeado al afluente de la digestión anaerobia almacenado en un
depósito hermético sale con una concentración de CO_{2} entre
10-20% mas baja y arrastra parte del H_{2}S
disuelto en el afluente con lo cual el proceso de digestión
anaerobia es favorecido. El biogás del digestor incrementa la
producción de metano en un 10-20% y disminuye la
concentración en sulfuro de hidrógeno en 5-10%.
\vskip1.000000\baselineskip
Por el término biogás en el contexto de la
presente invención se entiende como el gas generado durante el
proceso de digestión anaeróbica de la materia orgánica compuesto
normalmente por: \sim70% de metano (CH_{4}); \sim30% de
dióxido de carbono (CO_{2}); y trazas de sulfuro de hidrógeno
(H_{2}S).
- C:
- carbono.
- H:
- hidrógeno.
- S:
- azufre.
\newpage
- DQO:
- Demanda Química de Oxígeno (g/L).
- N:
- Nitrógeno (g/L).
- N-NH_{4}:
- Nitrógeno Amoniacal (g/l).
- NTK:
- Nitrógeno Total Kjeldhal (g/l).
- ppm:
- Partes por millón.
- PO_{3}^{-3}:
- Ortofosfato (g/L).
- SV:
- Sólidos Volátiles (g/L).
- ST:
- Sólidos Totales (g/L).
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 1. Curva de variación de pH con el tiempo
para un caudal de 1-3 Vol. de biogás/Vol. de
afluente hora.
Figura 2. Vista de la instalación de burbujeo de
biogás a escala de banco.
Figura 3. Vista de los digestores a escala de
banco.
Figura 4. Esquema del procedimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Para un digestor de residuos de vaquería, con un
volumen de digestor de 500 m^{3} de volumen, que opera a un tiempo
de retención hidráulico de 20 días, se alimentan diariamente 25
m^{3} de residuos con las siguientes características:
La cantidad de materia orgánica a procesar, será
de 1090 kg/d. En un sistema convencional con la introducción del
burbujeo de biogás, la producción de biogás se vería incrementada en
10-15 m^{3}/d o de 3 650-5 475
m^{3}/año lo que equivaldría a 2,4-3,6 ton de
petróleo equivalente adicionales. Por otra parte las emisiones de
CO_{2} se verían reducidas en 3 285 m^{3}/año o sea entre
5-7 ton/año.
La cantidad de biogás a burbujear, sería de
25-75 m^{3}/h durante 1-3 horas,
lo que sería entre el 11% y el 34% del biogás generado.
\vskip1.000000\baselineskip
Para un digestor de residuos municipales de una
población de 50000 habitantes equivalentes. Se emplearía un digestor
convencional de 4000 m^{3} de volumen que procesaría unos 120
m^{3}/d de lodo con las características siguientes:
- DQO:
- 28,3 kg/m^{3}.
- ST:
- 3,21%.
- SV/ST:
- 87,2%.
\vskip1.000000\baselineskip
Estos lodos generarían 1300 m^{3}/d de biogás
con 65% de metano (845 m^{3}/d). La aplicación de este
procedimiento implicaría un incremento de 84,5 m^{3}/d de metano o
30842 m^{3}/año equivalentes a 20,6 ton/año de petróleo y una
reducción de las emisiones de CO_{2} de 38 ton/año.
La cantidad de biogás necesaria para el burbujeo
del afluente sería de 360 m^{3}/d para un burbujeo durante 3 horas
del afluente. Con lo cual se conseguiría una reducción del pH de 7,8
a cerca de 7,0.
Claims (8)
1. Un procedimiento para la producción
anaeróbica de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado
porque entre un 5 y un 30% en volumen del biogás producido es
burbujeado al efluente del digestor que comprende al menos las
siguientes etapas:
a) Derivación de parte del biogás producido
desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del
digestor;
b) Almacenamiento del afluente al digestor en un
depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al
digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para
una capacidad determinada por un tiempo de residencia
preferiblemente entre 1-3 horas;
c) Burbujeo del biogás en el seno del afluente
del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el
pH es inferior a 7,5;
d) Captación del biogás burbujeado y su
reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la
concentración de H_{2}S.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El procedimiento según la reivindicación
anterior caracterizado porque el volumen de biogás derivado
en la etapa (a) está entre el 10% y el 30%.
3. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el volumen
del almacenamiento del afluente del digestor en la etapa (b) está
determinado por el tiempo de retención hidráulica del proceso.
4. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa
(c) se burbujea entre 1-3 volúmenes de
biogás/volumen de afluente por hora durante un período inferior a 3
horas.
5. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa
(c) se burbujea biogás hasta que el pH es inferior a 7,5,
preferiblemente entre 6,7 y 7,1.
6. El procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque en la etapa (d) se capta el
biogás mediante un tanque de afluente o tanque de burbujeo el cual
está conectado a un sistema para la reducción y/o eliminación de
H_{2}S presente en el gas.
7. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la biomasa
que se descompone a anaeróbicamente son aguas residuales y/o
residuos con pH entre 7-8.
8. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es un
proceso de digestión de doble fase donde la primera es una fase
acidogénica y la segunda es una fase metanogénica.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201030596A ES2367731B1 (es) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogas. |
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Publications (2)
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|---|---|
| ES2367731A1 true ES2367731A1 (es) | 2011-11-08 |
| ES2367731B1 ES2367731B1 (es) | 2013-05-07 |
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ID=44803349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201030596A Withdrawn - After Issue ES2367731B1 (es) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogas. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2367731B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2524522R1 (es) * | 2013-06-07 | 2014-12-11 | Universidad De Burgos | Porcedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas |
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-
2010
- 2010-04-23 ES ES201030596A patent/ES2367731B1/es not_active Withdrawn - After Issue
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|---|---|
| ES2367731B1 (es) | 2013-05-07 |
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Legal Events
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