Planta para la producción de biometano.
Transcript of Planta para la producción de biometano.
Dr. Joaquín Reina Hernández.
Energy & Waste
C/ Cardaire 31 1º 4º Terrassa-BCN
Telf.+34 717120104
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
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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.
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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 %
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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.
Proyectos realizados
Biolimp-MPdry Siloxa (2016). EDAR Butarque. Madrid España. Drace-Dragado
. h/3Nm1.320 Capacidad de tratamiento
S2siloxanos y HEliminación de humedad, Objetivo.
Proyectos realizados
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.
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
Dpto. Biogás.
2.- Planta para la producción de biometano.
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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.
2.- Planta para la producción de biometano.
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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
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Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
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.
Energy & Waste.Aguas, Energía y Residuos.
Dpto. Biogás.
Tipos de curso: Capacitación/formación.
Modalidad del curso: Teórico
5.- Invitación.
Información.Joaquin Reina Hdz.
[email protected].: +34717120104
15ª edición
Gracias