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Sistemas y tecnologías para el secado del biogás

deshumidificación del biogás

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¿Qué es el secado del biogás?

El secado del biogás (también conocido como deshumidificación del biogás) forma parte del proceso de producción del biogás, la cual ha tenido un crecimiento exponencial en los últimos aos y se prevé un futuro prometedor en este sentido, ya que el mismo se presenta como el principal sustituto del gas natural, ya sea para su aplicación como combustible para la automoción o para su inyección en la red de gas natural.

Las energías renovables luchan por hacerse con el liderazgo de la producción energética: Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, la biomasa y los biocarburantes.

Dentro de los diferentes tipos de energías procedentes de la biomasa, se encuentra el denominado biogás. El biogás es el gas producto de la descomposición anaerobia (sin oxígeno) de la materia orgánica, este contiene principalmente metano (CH4) que es quien le da su característica como gas combustible.

Por ello, el biogás procedente de vertederos (rellenos sanitarios), plantas de metanización y depuración de aguas residuales (EDAR), constituye un valioso material para la producción de energía, biocombustibles y elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol.

El biogás desde un punto de vista técnico es una mezcla multicomponente de gases, tanto en su composición básica (CH4, CO2, H2, O2, N2, vapor de agua, etc.) como, en sus componentes perjudiciales (NH3, siloxanos, hidrocarburos halogenados y pesados, H2S, etc.). Su composición está íntimamente relacionada con el tipo de materia que se somete al proceso de digestión anaerobia, con la tecnología que se usa para su producción y tipo de proceso seleccionado.

Para su aplicación y aprovechamiento en la producción de energía y/o como materia prima para la elaboración de productos químicos, se debe mejorar su calidad. Para ello, se requiere reducir su contenido de humedad y eliminar de él todos los componentes perjudiciales que a continuación se señalan.

Las tecnología de secado del biogás, o deshumidificación del biogás, es la vía para la reducción de la humedad y otros componentes perjudícales presentes en el biogás y sus partes componentes básicas.

Se entiende por secado del biogás, la eliminación parcial o total de la humedad contenida en la corriente del biogás que aparece principalmente en forma de vapor de agua.

Vapor de agua

El vapor de agua disminuye drásticamente el PCI del biogás; por tal motivo, se ve afectado el rendimiento energético de las máquinas involucradas en su utilización como biocombustible (motores, turbinas, calderas, quemadores, etc.). Por ello, es adecuado, antes de ser utilizado como material energético, disminuir al máximo su contenido de humedad por cualquier método. A su vez, esta eliminación se hace necesaria para evitar la acumulación de condensados en la línea de gas y, con ella, evitar la formación de ácidos corrosivos, así como, la obturación de las tuberías. La cantidad de vapor de agua contenida en el biogás está directamente relacionada tanto con la temperatura de operación del sistema de producción de biogás, como con la temperatura ambiente de forma general.

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Técnicas de separación/eliminación de la humedad (vapor de agua) del biogás

Muchas son las técnicas de separación/eliminación que se aplican para reducir este tipo de componente. Por ejemplo, la adsorción en silicagel es una técnica aplicada para el secado del biogás o el lavado con Glicol. Sin embargo, la combinación del enfriamiento y la condensación son dos técnicas/operaciones que ofrecen muy buenos benéficos en la limpieza del biogás, con la finalidad, principalmente de la reducción de la humedad y en cierta medida la eliminación de componentes como: los hidrocarburos halogenados y pesados, así como, los siloxanos, en dependencia de la temperatura de operación.

Las investigaciones a escala industrial han demostrado que a medida que es menor la temperatura de enfriamiento, que se utiliza, mayor es el grado de reducción de la humedad y, a su vez, mayor es el grado de eliminación de otros componentes como: los siloxanos principalmente los tipos D y los hidrocarburos, tanto pesados, como halogenados.

Técnica de condensación:

  1. Separador de gotas
  2. Hidrociclones
  3. Trampas de vapor
  4. Sellos de aguas
  5. Pote de condensados

Técnica de secado:

  1. Enfriamiento
  2. Adsorción en silicagel
  3. Glicol
  4. Calentamiento

Una instalación de secado del biogás cuenta por lo general de:

  1. Equipo de intercambio térmico, por lo general tipo tubo y coraza
  2. Condensador
  3. Máquina de refrigeración
  4. Accesorios

Una instalación de deshumidificación del biogás está normalmente conformada por los equipos siguientes: pote de condesados, intercambiador de calor en posición vertical, separador de gota y máquina de refrigeración.

Algunas instalaciones de secado del biogás cuentan, a su vez, con un recuperador/economizador con vista a minimizar el consumo energético de esta operación, lo cual redunda en la minimización de los costes operativos y por ende en máquinas de refrigeración de menor potencia frigorífica, por tanto, de menor coste fijo. El uso de este equipo depende de muchos factores, entre ellos, del caudal de biogás a tratar, temperatura y fin de la instalación. Energy & Waste introdujo en el 2008, en el mercado de la limpieza del biogás, el recuperador/economizador-lavador como resultado de su trabajo de I+D+i. De esta forma se garantiza un eficiente grado de limpieza del biogás con un mínimo de consumo de energía.

También existe la opción de diseñar una instalación de limpieza del biogás con economizador, cuya finalidad es reducir su humedad y eliminar, a su vez, siloxano y sulfuro de hidrógeno (H2S).

El corazón estas instalaciones de secado/deshumidificación del biogás son las máquinas de refrigeración, dado que son las encargadas de suministra el medio enfriamiento, generalmente agua glicolada, para el enfriamiento del intercambiador de calor donde se enfriará el biogás. Por lo que una correcta selección de este tipo de maquina es de vital importancia para la garantía de un buen funcionamiento y durabilidad de la instalación.

Actualmente los estudios relacionados con el ahorro energético en este tipo de instalaciones (grandes instalaciones) se dirigen al uso de máquinas de refrigeración por adsorción en la cual se investiga hacer uso de los gases de escape del sistema de cogeneración, para generar el frio necesario para el enfriamiento del biogás y de esta forma se cerrar un ciclo energético de mucho interés.

Tipos de instalación de secado del biogás

Actualmente en el mercado de la deshumidificación del biogás existen dos tipos básicos de instalación, de acuerdo a la posición en que se encuentra el equipo de intercambio térmico: los de posición horizontal y los de posición vertical.

La tendencia del mercado es a intalar sistemas de deshumidificación de biogás de posición vertical, ya que ofrece las ventajas siguientes.

  1. Menor requerimiento de espacio.
  2. Mejor evacuación de los condesados formados.
  3. Menor probabilidad de congelación en tubo cuando se trabaja a bajas temperatura.
  4. Mejores coeficientes de transferencia de calor.
  5. Mayor eficacia de reducción de humedad y otros contaminantes.

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