ES2953931T3 - Digestor que comprende un sistema de inyección de oxígeno que tiene un medio tubular que comprende una parte en forma de T - Google Patents

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Abstract

Instalación para producir biogás al menos parcialmente desulfurado que comprende un digestor y/o un postdigestor de biomasa, comprendiendo el digestor y/o el postdigestor: - Un recinto (1) que comprende la biomasa (2) y el cielo gaseoso (3). , y- Un sistema de inyección de un gas de oxidación (6) al cielo gaseoso, caracterizado porque el sistema de inyección comprende un medio tubular (4) que comprende una pieza en forma de T cuya barra vertical se coloca en el eje de simetría del recinto. y la barra horizontal tiene microinyectores (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Digestor que comprende un sistema de inyección de oxígeno que tiene un medio tubular que comprende una parte en forma de T
La presente invención se refiere a una instalación y a un procedimiento para la producción de biogás al menos parcialmente desulfurado.
El biogás es el gas producido durante la degradación de materias orgánicas en ausencia de oxígeno (digestión anaerobia) también llamada metanización. Puede tratarse de una degradación natural - se puede observar así en pantanos o vertederos de desechos domésticos - pero la producción de biogás también puede resultar de la metanización de desechos en un reactor dedicado a ello, y cuyas condiciones son controladas, denominado metanizador o digestor, después en un post-digestor, similar al digestor y que permite desarrollar aún más la reacción de metanización.
Se denominará biomasa a cualquier grupo de materias orgánicas que pueda transformarse en energía mediante este proceso de metanización, por ejemplo lodos de depuración, estiércol/purines, residuos agrícolas, desechos alimentarios, etc.
El digestor, es decir, el reactor dedicado a la metanización de la biomasa, es un tanque cerrado, calentado o no (operación a una temperatura fijada, entre la temperatura ambiente y 55°C) y cuyo contenido consiste en que la biomasa se agita, continua o secuencialmente. Las condiciones en el digestor son anaeróbicas y el biogás generado se encuentra en el espacio de cabeza del digestor (gas de cabeza), en el que se extrae. Los post-digestores son similares a los digestores.
Debido a sus constituyentes principales - metano y dióxido de carbono - el biogás es un potente gas a efecto invernadero; también constituye, paralelamente, una fuente apreciable de energía renovable en un contexto de escasez de energías fósiles.
El biogás contiene mayoritariamente metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) en proporciones variables en función del método de obtención y del sustrato, pero también puede contener, en proporciones más pequeñas, agua, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno (H2S), oxígeno, así como otros compuestos orgánicos, en estado de trazas, incluyendo H2S, entre 10 y 50.000 ppmv.
Según las materias orgánicas degradadas y las técnicas utilizadas, las proporciones de los componentes difieren, pero en promedio el biogás comprende, sobre gas seco, del 30 al 75% de metano, del 15 al 60% de CO2 , del 0 al 15% de nitrógeno, del 0 al 5% de oxígeno, y compuestos en trazas.
El biogás se aprovecha de diferentes maneras. Puede, después de un ligero tratamiento, aprovecharse cerca del sitio de producción para proporcionar calor, electricidad o una mezcla de los dos (cogeneración); el alto contenido de dióxio de carbono reduce su poder calorífico, aumenta los costes de compresión y de transporte y limita el valor económico de su aprovechamiento para este uso de proximidad.
Una purificación más exhaustiva del biogás permite su uso más amplio, en particular, una purificación exhaustiva del biogás permite obtener un biogás depurado con las especificaciones del gas natural y que podrá sustituirlo; el biogás así purificado es el «biometano». El biometano complementa así los recursos de gas natural con una parte renovable producida dentro de los territorios; se puede utilizar exactamente para los mismos usos que el gas natural de origen fósil. Puede abastecer una red de gas natural, una estación de servicio para vehículos, también puede licuarse para ser almacenado en forma de gas natural licuado (bioGNL), etc.
Según la composición de la biomasa, el biogás producido durante la digestión contiene sulfuro de hidrógeno (H2S) en cantidades comprendidas entre 10 y 50.000 ppm.
Cualquiera que sea el destino final de la valorización del biogás, resulta indispensable eliminar el sulfuro de hidrógeno, que es una impureza tóxica y corrosiva. Además, si el uso del biogás consiste en depurarlo para inyectar biometano en la red de gas natural, unas estrictas especificaciones limitan la cantidad de H2S autorizada.
Varios métodos de eliminación de H2S existen y están más o menos extendidos (lechos de carbón activado, adición de compuestos de hierro, absorción física o química, lavados con agua, biofiltros, etc.). La eliminación se lleva a cabo principalmente por adsorción en un lecho de carbón activado, en el exterior del digestor. En un número creciente de digestores, la reducción de H2S también se lleva a cabo en parte mediante la inyección de aire/aire enriquecido/O2 en el gas de cabeza del digestor, lo que constituye una solución in situ. Con una inyección en el gas de cabeza en dosis bajas, se forma azufre sólido a partir del H2S y O2 (ec. (1)), producido por bacterias sulfo-oxidantes, por ejemplo, Thiobacillus. A dosis alta de O2 inyectado, el medio se acidifica (ec. (2)). Por lo tanto, la reacción (1) es la diana.
H2S 0,5 O2 ^ S H2O (1)
H2S 2 O2 → SO42- 2 H (2)
Las cantidades de inyección de O2 necesarias en la práctica son diferentes de las esperadas por la estequiometría de la ec. (1): dosis de 0,3 - 3% de O2 con respecto al biogás generado son los más frecuentemente recomendadas, con dosis de hasta 12% que se mencionan a veces. Hoy, la inyección de aire/aire enriquecido/O2 in situ no está optimizado y los lechos de carbón activado deben ser por lo tanto mantenidos para eliminar la totalidad del H2S.
Las soluciones existentes consisten en inyectar aire/O2 en el digestor con un único punto de inyección que puede conducir a una reacción localizada (eliminación de sulfuro de hidrógeno localizada). En el caso de una dosificación de oxígeno inadecuada, esto puede conducir a una acumulación local de oxígeno no consumido, lo que no es deseable ya que (i) la mezcla de biogás y de oxígeno es explosiva más allá de cierto límite, (ii) la purificación del biogás que contiene oxígeno es más complejo (iii), el oxígeno acumulado no se utiliza para disminuir lo más posible H2S, y (iv) se pueden crear zonas aeróbicas localmente e inhibir la reacción de metanización.
Además, el punto de inyección único se coloca frente a la salida de biogás. Parte del biogás puede por lo tanto ser evacuado directamente del digestor, sin que haya podido reaccionar con el oxígeno inyectado. Queda por lo tanto contaminado con sulfuro de hidrógeno en la salida.
En efecto, según las simulaciones en un digestor que se muestra en las figuras 1 y 2 [Fig. 1] y [Fig. 2], se puede observar que el biogás fluye en régimen laminar. Esto confirma que el oxígeno inyectado en un punto no se mezcla en la totalidad del gas de cabeza del digestor, sino que se lleva directamente a la salida de gas. Así, la reacción está localizada.
Esto se confirmó visualmente ya que se observó que el azufre sólido se formaba más bien en las superficies de la red de desulfuración ubicadas en la periferia y menos en el centro. El docum ento US2008/227081 da a conocer un reactor de producción de biogás con un sistema de inyección de un gas de oxidación en el gas de cabeza, que com prende un m edio tubu la r que tienen un centro de sim etría situado en el eje de simetría del rec in to del reactor.
A partir de ahí, un problema que se plantea es el de proporcionar una instalación mejorada que favorece una mayor eliminación de H2S.
Una solución de la presente invención es una instalación para la producción de biogás al menos parcialmente desulfurado que comprende un digestor y/o un post-digestor de biomasa, comprendiendo el digestor y/o el post­ digestor:
• Un recinto 1 que comprende la biomasa 2 y el gas de cabeza 3, y
• Un sistema de inyección de un gas de oxidación 6 en el gas de cabeza,
caracterizada por que el sistema de inyección comprende un medio tubular 4 que comprende una pieza en forma de T cuya barra vertical se sitúa en el eje de simetría del recinto y la barra horizontal dispone de microinyectores 5.
Por "gas de cabeza" se entiende el espacio en el digestor o posdigestor que contiene gas (por oposición al espacio que contiene el líquido).
La figura 3 [Fig. 3] es una sección esquemática vertical del recinto del digestor.
Según el caso, la instalación según la invención puede presentar una o varias de las características siguientes:
• los microinyectores se distribuyen a intervalos regulares a lo largo de la barra horizontal del medio tubular.
• la barra horizontal tiene una longitud comprendida entre 0,5 veces el diámetro del recinto y 0,9 veces el diámetro del recinto.
• la barra horizontal comprende al menos 4 microinyectores, preferentemente al menos 6, aún más preferentemente al menos 8 microinyectores.
• al menos un microinyector se encuentra a menos de dos metros del eje de simetría del recinto.
• el medio tubular se encuentra a menos de un metro de la interfaz de gas de cabeza - biomasa.
• la instalación comprende una red de desulfuración colocada horizontalmente y fijada en la parte superior del recinto, y el medio tubular se coloca sobre dicha red.
•
• la instalación comprende una red de desulfuración colocada horizontalmente y fijada en la parte superior del recinto, y el medio tubular está suspendido de esta red.
•
• el medio tubular está hecho de un material resistente a una atmósfera húmeda y corrosiva.
•
La instalación según la invención permite repartir las dosis del gas de oxidación inyectadas en el conjunto del digestor, de manera más homogénea. Así, las reacciones ya no estarán localizadas, lo que permitirá disminuir mejor la globalidad del sulfuro de hidrógeno.
Además, esta distribución más homogénea del gas de oxidación en el gas de cabeza del digestor permite una optimización de la cantidad de oxígeno utilizado, y reducir su consumo. En el caso de inyección de aire o de aire enriquecido, la cantidad de nitrógeno en el biogás será por lo tanto mínima.
La presente invención también tiene por objeto un procedimiento para producir biogás al menos parcialmente desulfurado utilizando una instalación según la invención, que comprende:
• Inyectar biomasa en el digestor;
•
• Inyectar un gas de oxidación en el gas de cabeza del digestor a través del sistema de inyección de gas de oxidación; y
•
• Mezclar la biomasa.
Preferentemente, el caudal de inyección de gas de oxidación estará comprendido entre 0,3 y 3% del volumen de biogás producido.
Cabe señalar que el gas de oxidación podrá ser oxígeno o aire o aire enriquecido. Por aire enriquecido se entiende aire que tiene un contenido de oxígeno mayor que el contenido de oxígeno habitualmente comprendido en el aire.
La solución según la invención permite obtener un flujo de biogás que comprende menos de 200 ppm de sulfuro de hidrógeno.
La invención permite reducir el coste de depuración del sulfuro de hidrógeno del biogás de manera eficaz sin la necesidad compleja de ingeniería.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. instalación para producir biogás al menos parcialmente desulfurado, que comprende un digestor y/o post-digestor de biomasa, comprendiendo el digestor y/o post-digestor:
- un recinto (1) que comprende la biomasa (2) y el gas de cabeza (3), y
- un sistema de inyección de un gas de oxidación (6) en el gas de cabeza,
caracterizada por que el sistema de inyección comprende un medio tubular (4) que comprende una pieza en forma de T cuya barra vertical se sitúa en el eje de simetría del recinto y la barra horizontal dispone de microinyectores (5).
2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que los microinyectores se distribuyen a intervalos regulares a lo largo de la barra horizontal de los medios tubulares.
3. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por que la barra horizontal tiene una longitud comprendida entre 0,5 veces el diámetro de la cámara y 0,9 veces el diámetro de la cámara.
4. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la barra horizontal comprende al menos 4 microinyectores, preferentemente al menos 6, aún más preferentemente al menos 8 microinyectores.
5. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que al menos un microinyector se encuentra a menos de dos metros del eje de simetría del recinto.
6. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el medio tubular está situado a menos de un metro de la interfaz gas de cabeza-biomasa.
7. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que comprende una red de desulfuración colocada horizontalmente y fijada en la parte superior del recinto, y el medio tubular se coloca sobre dicha red.
8. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que comprende una red de desulfuración colocada horizontalmente y fijada en la parte superior del recinto, y el medio tubular está suspendido de esta red.
9. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que el medio tubular está compuesto de un material que es resistente a una atmósfera húmeda y corrosiva.
10. Procedimiento de producción de biogás al menos parcialmente desulfurado, utilizando una instalación según una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende:
- inyectar biomasa en el digestor;
- inyectar un gas de oxidación en el gas de cabeza del digestor a través del sistema de inyección de gas de oxidación; y
- mezclar la biomasa.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que el gas de oxidación es oxígeno o aire o aire enriquecido.
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