DISPOSITIVO Y PROCESO PARA PRODUCIR BIOGÁS A PARTIR DE MATERIA ORGÁNICA.

Dispositivo generador de biogás a partir de materiales orgánicos,

con un reactor de biogás (10) que posee una cámara de llenado (20) para introducir los materiales orgánicos y un canal de retorno (36) para la descarga, al menos parcial, de los materiales orgánicos del reactor de biogás (10), caracterizado porque el reactor de biogás (10) tiene además, como mínimo, una primera cámara intermedia (30) y una segunda cámara intermedia (32), de tal modo que la cámara de llenado (20), la primera cámara intermedia (30), la segunda cámara intermedia (32) y el canal de retorno (36) constituyen, por este orden, las secciones de una vía de flujo de los materiales orgánicos en una sola dirección, de dos secciones sucesivas una forma una vía de flujo ascendente y la otra una vía de flujo descendente, la cámara de llenado (20) presenta un rebosadero (22) que permite introducir los materiales orgánicos en la primera cámara intermedia (30) desde la cámara de llenado (20), la primera cámara intermedia (30) y la segunda cámara intermedia (32) están unidas en una zona por debajo de una abertura de llenado (34) del canal de retorno (36) y por encima del rebosadero (22), y la primera cámara intermedia (30) y la segunda cámara intermedia (32) se hallan dentro de un recipiente interior (18) del reactor de biogás (10)

La presente invención se refiere a un dispositivo para producir biogás a partir de materiales orgánicos, que posee una cámara de llenado donde se introducen los materiales orgánicos y un canal de retorno para evacuar, al menos parcialmente, los materiales orgánicos del reactor de biogás.

La presente invención se refiere asimismo a un proceso producir biogás.

En la generación de biogás se usan bacterias anaeróbicas para descomponer materia orgánica que ya no está en contacto con el organismo vivo y convertirla en gas. Las bacterias anaeróbicas son el último eslabón del ciclo natural y en la naturaleza se encuentran por todas partes, p.ej. en los estómagos de los rumiantes o en el barro negro de los mares y ciénagas. En la fermentación anaeróbica hay que distinguir primero entre bacterias metanogénicas facultativas y estrictas. Los materiales orgánicos que sirven de materia prima para la fermentación anaeróbica provienen por ejemplo de sustancias o residuos orgánicos de la industria, de la comida, del comercio, de la agricultura (abono semilíquido y estiércol) o de materias primas renovables (ensilado de maíz, de hierba y otras plantas cortas). Estos materiales orgánicos constan principalmente de hidratos de carbono, grasas y albuminoides. Las bacterias metanogénicas facultativas también pueden vivir con oxígeno y en una primera fase acondicionan la materia orgánica y la descomponen en alcoholes, ácidos grasos y sus sales.

Esta primera fase de acondicionamiento se designa como acidogénica o hidrolítica. En una segunda fase las bacterias metanogénicas estrictas transforman en gas los alcoholes, los ácidos grasos y sus sales. Esta segunda fase se designa como metanogénica. Entre la primera y la segunda fase hay un desfase de unas seis horas. Durante las primeras seis horas transcurre la llamada fase hidrolítica.

La fig. 1 muestra un diagrama que representa el curso general de la fermentación natural. Este diagrama representa concretamente el porcentaje de descomposición de una sustancia orgánica seca (SOS) dependiendo de los días transcurridos (línea continua). Ahí puede verse que durante los veinte primeros días el proceso de descomposición de la sustancia seca es muy lento. Como en todos los residuos orgánicos, si el aporte de nutrientes es el adecuado, las pocas bacterias presentes se desarrollan en proporción logarítmica (línea de trazos). La masa orgánica se descompone y se transforma en gas según la misma proporción en que se desarrollan las bacterias. Si bien lo deseable es que se descomponga un 70 por ciento de la sustancia orgánica seca, según el diagrama de la fig. 1 esto solo se consigue al cabo de unos 40 días mediante el proceso de fermentación natural. Las plantas de biogás tienen por objeto crear un ambiente de fermentación orgánica que acelere notablemente el proceso.

A través de la patente DE 30 10 183 A1 se conoce un dispositivo de este tipo y un proceso para la generación de biogás. Este dispositivo comprende las características de los términos generales de las reivindicaciones 1 y 13, pero solo permite alcanzar un porcentaje demasiado bajo de la descomposición potencial de la sustancia orgánica seca y por tanto una producción de gas demasiado pequeña.

Por tanto la presente invención tiene por objeto perfeccionar el dispositivo genérico y el proceso para la producción de biogás, con el fin de lograr un rendimiento superior.

Este objetivo se resuelve mediante las características de las reivindicaciones independientes.

En las reivindicaciones dependientes se indican formas de ejecución y desarrollos ventajosos de la presente invención.

El dispositivo de generación de biogás según la presente invención, basado en el estado técnico genérico, se caracteriza porque el reactor de biogás posee también, al menos, una cámara intermedia, de manera que la cámara de llenado, las dos -como mínimo -cámaras intermedias y el canal de retorno constituyen por este orden las secciones de una vía de flujo unidireccional para los materiales orgánicos, y de manera que de dos secciones sucesivas una forma una vía de flujo ascendente y la otra una vía de flujo descendente. Con esta medida se consigue que el flujo sea tranquilo y uniforme en una dirección a través del reactor de biogás. Con la instalación de al menos una cámara intermedia adicional se evita que cada cámara sea demasiado grande y por tanto el peligro de que se formen diferentes zonas de flujo que puedan influir negativamente en el curso natural de la fermentación. Así, en caso de consistencia variable de la masa de fermentación se puede evitar que sus puntas de flujo lleguen hasta la superficie y se descargue por la salida masa prácticamente sin fermentar o substrato fresco procedentes de la fase acidogénica. La subdivisión en varias cámaras de fermentación dentro del reactor de biogás hace que el flujo sea más uniforme y controlable. De este modo el substrato fresco aportado debe recorrer toda la vía de flujo antes de poder salir nuevamente del reactor de biogás y por tanto atravesar forzosamente el proceso completo en un tiempo prefijado. Con esta medida se puede aumentar notablemente el rendimiento en biogás.

El dispositivo generador de biogás de la presente invención está desarrollado de manera que la cámara de llenado tiene un rebosadero que permite llenar las dos -como mínimo -cámaras intermedias con materiales orgánicos procedentes de la cámara de llenado. En este canto del rebosadero entre cámara de llenado y cámara intermedia se forma una pendiente estática, donde la masa de fermentación puede desgasificarse preferentemente. Mientras la masa de fermentación avanza por el interior de las cámaras los gases tienden más bien a quedar incluidos; cuando la masa de fermentación cae por el rebosadero cabe la posibilidad de que los gases escapen completamente debido a la menor resistencia.

En el dispositivo generador de biogás de la presente invención se prevé, como mínimo, un total de dos cámaras intermedias conectadas entre sí en una zona por debajo de una abertura de llenado del canal de retorno y por encima del rebosadero. Con esta disposición se aprovecha en mayor medida la ventaja antes mencionada. La división del recipiente de fermentación en más cámaras permite controlar mejor el flujo y, en particular, la unión de las dos cámaras intermedias hace que la masa de fermentación deba atravesar sucesivamente ambas cámaras por el principio de vasos comunicantes.

El dispositivo generador de biogás de la presente invención está desarrollado de modo que las cámaras intermedias están dispuestas en el interior de un recipiente en forma de vaso situado dentro del reactor de biogás. Esto permite concretamente dividir el reactor de biogás en varias cámaras.

Además el dispositivo generador de biogás de la presente invención está desarrollado de manera que del canal de retorno se deriva un canal de descarga en forma de tubo comunicado con el primero. De este modo se descarga automáticamente del reactor de biogás cierta cantidad de masa de fermentación al introducir nueva masa, sin necesidad de bombas adicionales dentro del reactor de biogás ni de válvulas de apertura o cierre del canal de descarga.

Además el dispositivo generador de biogás de la presente invención puede estar diseñado de manera que el área de la sección de la cámara de llenado sea más estrecha en la zona del rebosadero. Este estrechamiento en la parte superior de la cámara de llenado tiene el efecto de compactar el substrato desbordante y por lo tanto contrarresta la formación de capas flotantes. Este estrechamiento es preferiblemente del 50%. Las capas flotantes dificultarían la desgasificación de la masa de fermentación. En esta zona estrecha se compacta la masa de fermentación, evitando que una masa más fluida pase a través de la masa viscosa o al lado de ésta. El estrechamiento aumenta las resistencias internas al rozamiento, impidiendo una segregación de la mezcla y evitando con seguridad la aparición de capas flotantes. La formación de capas flotantes podría desequilibrar el proceso de fermentación o incluso interrumpirlo. Es precisamente en el primer tercio del proceso de fermentación cuando se forma la mayor parte de biogás y cuando por tanto existe más riesgo de de aparición de capas flotantes.

Se pueden obtener las mismas ventajas haciendo que el reactor de biogás tenga una zona superior convergente hacia arriba y el rebosadero se prolongue en esta sección, de tal modo, que el área de la sección de la cámara... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo generador de biogás a partir de materiales orgánicos, con un reactor de biogás (10) que posee una cámara de llenado (20) para introducir los materiales orgánicos y un canal de retorno (36) para la descarga, al menos parcial, de los materiales orgánicos del reactor de biogás (10), caracterizado porque el reactor de biogás

(10) tiene además, como mínimo, una primera cámara intermedia (30) y una segunda cámara intermedia (32), de tal modo que la cámara de llenado (20), la primera cámara intermedia (30), la segunda cámara intermedia (32) y el canal de retorno (36) constituyen, por este orden, las secciones de una vía de flujo de los materiales orgánicos en una sola dirección, de dos secciones sucesivas una forma una vía de flujo ascendente y la otra una vía de flujo descendente, la cámara de llenado (20) presenta un rebosadero (22) que permite introducir los materiales orgánicos en la primera cámara intermedia (30) desde la cámara de llenado (20), la primera cámara intermedia (30) y la segunda cámara intermedia (32) están unidas en una zona por debajo de una abertura de llenado (34) del canal de retorno

(36) y por encima del rebosadero (22), y la primera cámara intermedia (30) y la segunda cámara intermedia (32) se hallan dentro de un recipiente interior (18) del reactor de biogás (10).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque del canal de retorno (36) se ramifica un canal de descarga (42), de manera que el canal de descarga (42) forma una tubería comunicada con el canal de retorno (36).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el área de la sección de la cámara de llenado

(20) se estrecha en la zona del rebosadero (22).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor de biogás (10) presenta una parte superior (14) que converge hacia arriba y el canto del rebosadero (22) se prolonga en la parte superior (14) de tal modo que el área de la sección de la cámara de llenado (20) se estrecha en la zona del rebosadero (22).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor de biogás (10) presenta una parte inferior (16) que converge hacia abajo de modo que en el fondo de la parte inferior (16) se forma un colector (56) para sedimentos que por un lado se puede conectar con el interior del reactor de biogás (10) y por otro lado con el entorno del reactor de biogás (10).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte superior del reactor de biogás (10) está conectada a una tubería de descarga de gas (64) mediante la cual se puede ejercer una presión constante dentro del reactor de biogás (10).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque además se prevé un depósito de líquido (66) que puede llenarse con un líquido (76), de manera que el extremo (78) de la tubería de descarga de gas (64) que sale del interior del reactor de biogás (10) se puede sumergir en el líquido (76), con lo cual la presión dentro del reactor de biogás (10) se puede ajustar mediante la profundidad de inmersión.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque también está prevista una unidad mezcladora (86), para llenar la cámara (20), que está adaptada para mezclar básicamente en relación 1:1 materiales orgánicos nuevos con materiales orgánicos extraídos del reactor de biogás (10) por el canal de descarga (36).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque también está previsto un intercambiador de calor (88) instalado aguas arriba de la cámara de llenado (20) y adaptado para precalentar mediante un fluido caliente los materiales orgánicos nuevamente aportados.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está prevista una unidad trituradora (94) aguas arriba de la cámara de llenado (20).

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto un gasómetro

(152) en el cual se puede almacenar el biogás generado en el reactor (10) y que envuelve, al menos parcialmente, el reactor de biogás (10).

12. Proceso para generar biogás, que comprende las siguientes etapas: ─ introducción de materiales orgánicos en una cámara de llenado (20) de un reactor de biogás (10); ─ transporte unidireccional de los materiales orgánicos a lo largo de las secciones constituidas por la cámara

de llenado (20), al menos una primera cámara intermedia (30), así como una segunda cámara intermedia (32), situadas dentro de un recipiente interior en forma de vaso (18) del reactor de biogás (10), y un canal de retorno (36), donde, de dos secciones sucesivas una forma una vía de flujo ascendente y la otra una vía de flujo descendente;

─ desgasificación de los materiales orgánicos por liberación temporal de los mismos al pasar de la cámara de llenado (20) a la primera cámara intermedia (30).

13. Proceso según la reivindicación 12, caracterizado porque las etapas que tienen lugar dentro del reactor de biogás (10) se desarrollan sin agitación activa de los materiales orgánicos.

14. Proceso según una de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque los materiales orgánicos nueva

5 mente introducidos se precalientan a 35ºC – 37ºC mediante un intercambiador de calor (88), antes de entrar en la cámara de llenado (20).

15. Proceso según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque los materiales orgánicos introdu

cidos en la cámara de llenado (20) son mezcla de materiales orgánicos de nueva aportación con materiales orgáni10 cos extraídos directamente por el canal de descarga (36).

16. Proceso según la reivindicación 15, caracterizado porque la relación de mezcla es 1:1.

17. Proceso según una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque en el interior del reactor de biogás 15 (10) se mantiene una presión constante.

18. Proceso según una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque los materiales orgánicos pueden introducirse por el rebosadero (22) de la cámara de llenado (20) en al menos una cámara intermedia (30), desde la cámara de llenado (20), y porque en la zona del rebosadero (22) los materiales orgánicos se compactan mediante

20 un estrechamiento del área de la sección de la cámara de llenado (20).