“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión anaerobia de lodos de depuradora para su posterior valorización energética. Casos prácticos: Tarragona y Murcia” sta 8 Marzo 2016
“Pretratamiento del biogás procedente de la digestión
anaerobia de lodos de depuradora para su posterior
valorización energética.
Casos prácticos: Tarragona y Murcia”
sta
8 Marzo 2016
LA EMPRESA
STA es una ingeniería fundada en 1999
sta
Soluciones “Llave en mano”
Problemas de olores Emisiones industriales Tratamiento de biogás
ACTIVIDADES
Diseño y suministro del sistema de ventilación de salas y naves
Evaluación experta de tecnologías de depuración de emisiones contaminadas de
COVs, gases inorgánicos y de olores
Suministro, instalación y mantenimiento de tecnologías
Diseño propio: Elementos de captación, diámetros conductos,
materiales, cálculo pérdidas de carga, de los ventiladores,..
Elevado conocimiento técnico para realizar la evaluación
Desodorización: Biofiltración Avanzada, Oxidación Térmica,
biotricklings, adsorción, aumento de dispersión, otros..
Comprobación mediante modelizaciones de los diseños
planteados (por ejemplo mediante CFD)
Selección de la mejor tecnología según parámetros de:
-Eficiencia depuración - CAPEX - OPEX
Pretratamiento de biogás: Desulfuración, eliminación de siloxanos, ajustes de presión, temperatura y humedad, etc.
CLIENTES sta
1. Caracterización del biogás
sta
El biogás es un gas que se produce en la degradación anaerobia de la
materia orgánica y que se compone de metano, dióxido de carbono,
residuos orgánicos estabilizados y otros productos (H2S, NH3,
siloxanos, …) que deben ser eliminados (parcial o totalmente) antes
de la valorización energética del biogás.
EDAR Vertedero Digestor
CH4- metano (%) 45-70% 35-45% 45-65%
CO2 (%) 30-55% 55-65% 35-55%
H2S (ppm) 400-5.000 300-20.000 2.000-4.000
Siloxanos (ppm) 5-50 (1.500!!) 25-400 -
Composición típica del biogás según distintos tipos de fuentes
Valorización del biogás sta¿Qué es el biogás?
Una caracterización representativa y fidedigna del biogás en la que se determine los
rangos de concentración de los compuestos principales: CH4, CO2, CO, N2 , así como
H2S, H2, derivados organosilícicos (siloxanos y silanoles), COV (hidrocarburos
alifáticos, hidrocarburos aromáticos, aminas, mercaptanos, ácidos grasos
volátiles,…), aceites, HX y, además, partículas, Tª, humedad , PCI...
Parámetro Uds Resultado
CH4 % 61,1
CO2 % 35,3
O2 % 1,2
H2S ppmV 1560
NH3 ppmV 91
CO ppmV 416
H2 ppmV 367
Caracterización del biogás staPara poder valorizar energéticamente el biogás es necesario
Caracterización del biogás sta
Familias de COV EDAR 1 EDAR 2
Hidrocarburos C2-C5 <5 165
Hidrocarburos C5-C10 7,2 263
Hidrocarburos >C10 29,2 <5
BTEX 5,2 4,6
Otros hidrocarburos aromáticos 1,1 -
Σ Terpenos 0,6 -
Hidrocarburos halogenados 44,3 -
Cl orgánico 40,8 -
F orgánico <0,1 -
Otras famílias 1,9 -
Total 89,6 442
Resultados de análisis de COV en Biogás de EDAR
Caracterización del biogás sta
Siloxanos Biogás (Normal) Biogás (Episodio)
(mg/Nm3) (mg/Nm
3)
Trimetilsilanol <0,05 <0,05
Hexametildisiloxano (M2) <0,05 <0,05
Hexametilciclotrisiloxano (D3) <0,05 <0,05
Octametiltrisiloxano (MDM) <0,05 <0,05
Octametilciclotetrasiloxano (D4) 7,2 173,8
Decametiltetrasiloxano (MD2M) <0,05 <0,05
Decametilciclopentasiloxano (D5) 2,4 101,6
Dodecametilciclohexasiloxano (D6) <0,05 1,2
Siloxanos en biogás de EDAR antes y durante un episodio
2. Pretratamiento del biogás
sta
siloxanos
H2S
Pretratamiento del biogás
Compuestos no deseables para el aprovechamiento del biogás
sta
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2.1. Eliminación de la humedad
sta
Motivos
Eliminación de humedad sta
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• Se evita así la producción de condensados. Esto previene de la corrosión
en soplantes, analizadores de compuestos, y otros elementos en la línea de
gas.
• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (50-80%
HR) y SIN CONDENSADOS.
• Cuanto menor sea el % de humedad, mayor será el del Metano, por lo que
se consigue un aumento de la eficiencia energética de los motores de
cogeneración.
• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorción
posterior (p.e Carbón activo)
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamente
necesario en algunas tecnologías eliminar al 100% la humedad.
700 Nm3/h + 35ºC 100% Humedad = 800kg H2O/día
Diseño – Tratamiento previo a la soplante
Eliminación de humedad sta
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FILTRADO PARTÍCULAS (OPCIONAL)
INTERCAMBIADOR
DE CALOR
SEPARADOR DE GOTAS Y TANQUE DE CONDENSADOS
Diseño – Tratamiento posterior a la soplante
Eliminación de humedad sta
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FILTRADO PARTÍCULAS (OPCIONAL)
INTERCAMBIADOR DE CALOR
SEPARADOR DE GOTAS Y TANQUE DE
CONDENSADOS
RECALENTAMIENTO CON BIOGÁS DE ENTRADA
Eliminación de humedad sta
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2.2. Eliminación del H2S
sta
Motivos
Eliminación del H2S sta
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• Se evita así la posible corrosión producida por el H2S en la línea de gas
• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite
depende del fabricante) – Valores típicos 150-300 ppm
• Es necesario para aumentar la duración de un sistema de adsorción
posterior (p.e Carbón activo)
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, será absolutamente
necesario eliminar el H2S hasta <100ppm
Tecnologías más habituales
Eliminación del H2S sta
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• Equipos de eliminación de H2S por vía Biológica
• Equipos de eliminación de H2S por vía química
• Equipos de eliminación de H2S mediante adsorción (Carbón activo)
• Adición de reactivos en el biodigestor (Cloruro férrico, oxígeno u otros)
• Equipo de eliminación de H2S por vía químico-biológica (THIOPAQ®)
Eliminación del H2S por vía Biológica
Eliminación del H2S sta
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Bomba
Biogás tratado
Entrada
Biogás
Aporte de
Agua y nutrientes
Recirculación
• Eliminación de H2S mediante bacterias
• Límite de tratamiento: 4 - 5.000 ppm
H2S
• Producción de purga muy ácida (Ácido
Sulfúrico)
• Altos costes de O&M
• Eficiencia máxima NO inmediata
• pH funcionamiento: 2
• Riesgo de explosión
• Disponibilidad: paros necesarios de
limpieza debido a la colmatación
Eliminación del H2S por vía Química
Eliminación del H2S sta
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• Eliminación de H2S mediante Sosa (NaOH)
• Límite de tratamiento: no tiene
• Eficiencia máxima inmediata
• pH funcionamiento: 12
• Cuidado! Combinación con la sosa del
H2S pero también del CO2 que es mucho
más abundante y formación de
carbonatos!!
• Altos costes de O&M
• Disponibilidad: paros para limpieza
Otras tecnologías
Eliminación del H2S sta
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• Equipos de eliminación de H2S mediante adsorción (Carbón activo)
• Eliminación de H2S mediante adsorción
• Límite de tratamiento: no tiene
• Altos costes de O&M
• Eficiencia máxima inmediata
• Disponibilidad: paros para sustitución del
carbón usado
• Genera residuo: carbón usado
• Dosificación de reactivos en biodigestor (Cloruro férrico, etc)
• Difícil control de concentración final
• Altos costes de O&M
THIOPAQ
Descripción y fundamentos
Lavado del biogás con una solución absorbente básica (sosa) pero a pH 8 en lugar de pH 11 como en los scrubbers Regeneración del liquido de lavado en un reactor biológico:
Procesos/Aplicaciones Desulfuración biogás con elevadas concentraciones de H2S en:
EDAR Vertedero Digestores residuos
Requisitos Concentración H2S >1.500 - 3.000ppm y caudal biogás> 500m3/h
staEliminación del H2S
THIOPAQ: características y prestaciones
Parámetro Descripción
Fundamento de la
tecnología
Etapa 1: Lavado químico con NaOH (a pH 8,5)
Etapa 2: Oxidación biológica del sulfuro a S
con recuperación del NaOH
Aplicación Óptimo para el caso de biogás con alta carga de H2S >4.000ppm
Eficiencia 95-99%
Características
Sin adición de aire (lo que elimina el riesgo de explosión asociado
a dicha práctica que se lleva a cabo en los biotrickling)
Menor consumo producto químico que scrubber químico
Eficiencia de depuración >95% incluso cuando concentración
entrada >4000ppm
No genera residuos peligrosos que haya que tratar especialmente
Costes de explotación
Ahorro de más del 90%, en comparación con las torres de lavado
por vía química
Como residuo se genera S (valorizable)
sta
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Eliminación del H2S
THIOPAQ: referencias
Ecoparque la
Rioja
Biogás=1.400m3/h
H2S=7.000ppm
EDAR Murcia Este
Biogás= 600 – 900
m3/h
H2S= 4.000ppm
sta
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J.García Carrión
Daimiel
Biogás= 633m3/h
H2S= 20.000ppm
Vertedero de Las
Dehesas
Valdemingómez
Madrid
Biogás=
2.550Nm3/h
H2S= 3.350ppm
Eliminación del H2S
Caso de éxito: EDAR Este – Murcia (Año 2012)
Eliminación del H2S sta
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Parámetro Valor
Caudal de diseño de biogás 305-950 Nm3/h
Concentración de H2S entrada 4.000 ppm
Procedencia del biogás Digestión Anaerobia de fangos de EDAR
SOLUCIÓN
Parámetro Valor
Sistema de tratamiento de biogás Bio-Químico THIOPAQ ECO 10/1.0
Concentración de H2S salida <200 ppm
THIOPAQ EDAR MURCIA
sta
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Eliminación del H2S
THIOPAQ® en la Edar de
Murcia Este
H2Ssalida< 150ppm
Scrubber: Ø = 1m x 9,7m h
Reactor: Ø = 2,4m , Vol. = 10m3
Decantador: integrado en el Reactor
Consumos para 428 Nm3/h y 4.000 ppm
Sosa 20%: 154 l/d
Agua: 600 l/d
Electricidad: 6,4 kWh
Nutrientes: 1,6 l/d
Purga: 753 l/d
Costes anuales ~ 18.000 €
2.2. Eliminación de siloxanos
sta
Motivos
Eliminación de Siloxanos sta
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• Los siloxanos son compuestos orgánicos de silicio, contenidos en
detergentes, champús, desodorantes, y otros productos, que al entrar en
combustión dentro de los motores forman SiO2 (sílice) produciendo erosión
en las partes mecánicas.
• Es requisito de calidad del combustible de entrada a los motores (el límite
depende del fabricante) Valor habitual: <10mg Siloxanos totales/Nm3
• Si se pretende enriquecer el biogás hasta gas natural, en algunas
tecnologías, será absolutamente necesario eliminar los siloxanos.
Principales tecnologías de eliminación
Eliminación de siloxanos sta
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• Equipos de eliminación de H2S mediante adsorción (Carbón activo)
• Criocondensación
• Eliminación de siloxanos mediante adsorción
• Límite de tratamiento: no tiene
• Altos costes de O&M (el carbón adsorbe
también COVs)
• Eficiencia máxima inmediata
• Disponibilidad: paros para sustitución del
carbón usado
• Genera residuo: carbón usado
• Eliminación de siloxanos por condensación a bajas temperaturas (-25ºC)
• Altos costes de O&M – en casos de caudal o concentraciones bajas.
Eliminación de siloxanos sta
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Parámetro Valor
Caudal de diseño de biogás 125-200 Nm3/h
Concentración de siloxanos entrada 1.800 mg/Nm3
Concentración de H2S 800-1000 ppm
Procedencia del biogás Digestión Anaerobia de fangos de EDAR
SOLUCIÓN
Parámetro Valor
Sistema de tratamiento de biogás TCR (-25ºC) + 2 x SOXSIA
Concentración de siloxanos a la salida 5-10 mg/Nm3
Concentración de H2S a la salida <800 ppm (Requerimiento motores) –
analizador H2S en continuo + bypass
Caso de éxito: EDAR Tarragona – Criocondensación
Caso de éxito: EDAR Tarragona – Criocondensación
Eliminación de siloxanos sta
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Biogás sucio – TCR (eliminación agua 5-6ºC + eliminación siloxanos -25ºC) –
bypass – 2x SOXSIA – Biogás limpio - caldera
sta
BGAK
Descripción y fundamentos
Sistema de adsorción regenerativo El medio adsorbente se puede regenerar “in-situ” con aire caliente a 90-120ºC
Procesos/ Aplicaciones
Eliminación de siloxanos de biogás con una muy elevada presencia de siloxanos y de COVs Biogás de EDAR
Requisitos Altas concentraciones de COVs y siloxanos, caudal de biogás alto, y/o contrato de gestión de la EDAR de largo alcance.
Eliminación de siloxanos
Eliminación de siloxanos Adsorción regenerativa
BGAK: características y prestaciones
Parámetro Descripción
Fundamento de la
tecnología
Adsorción sobre un polímero hidrofóbico susceptible de
regeneración mediante purga en caliente (a 120ºC)
Aplicación Óptimo para el caso de biogás con carga de COV>500mg/Nm3
Eficiencia >95%
Niveles finales de silxanos <10mg/m3
Características Mayor capacidad de adsorción que el carbón activado (X10)
Al ser un adsorbente hidrófobo los requisitos de eliminación de
humedad no son muy exigentes
Inconvenientes Compiten con los siloxanos los COV, los cuáles también se
adsorben
sta
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Eliminación de siloxanos
staBGAK: Referencias en España
Vertedero Jerez de
la Frontera (Cádiz)
Vertedero
Valdemingómez Las
Dehesas (Madrid)
Eliminación de siloxanos