Estación de tratamiento de sustrato orgánico.

1. Estación de tratamiento de sustrato orgánico configurada para la producción de biogás a través de la hidrólisis y digestión anaerobia de sustrato orgánico en una cámara de metanogénesis

(4) que comprende un volumen comprendido entre 20 y 200 m3, caracterizada porque comprende:

- un depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis (1), unido mediante un circuito hidráulico, al menos una bomba de impulsión y válvulas, a;

- un depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis (2), unido:

- mediante un circuito hidráulico, provisto de válvulas y rebosadero, a un almacén de digerido (8) y;

- mediante un circuito de gas a un almacén de biogás (9);

donde el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis:

- está provisto de medios de cribado (6) y medios de trituración y remoción, para homogeneizar y desbastar el sustrato orgánico introducido en el depósito de pretratamiento y primera hidrólisis, y donde el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis está configurado para producir una primera fase de hidrólisis del sustrato orgánico introducido en el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, y;

donde el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis comprende:

- una cámara de segunda hidrólisis (3), situada en la parte interior del depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, configurada para producir una segunda fase de hidrólisis y acidogénesis del sustrato orgánico y;

- la cámara de metanogénesis, situada en la parte superior del depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, configurada para que se produzca la digestión, mediante bacterias anaerobias, del sustrato orgánico hidrolizado, generándose biogás;

donde tanto el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis como el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis están fabricados en poliéster reforzado con fibra de vidrio, y donde la estación de tratamiento de sustrato orgánico comprende adicionalmente un sistema de control, configurado para accionar y/o activar un control remoto de las válvulas, los medios de cribado, los medios de trituración y remoción y la bomba de impulsión.

2. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos una conducción de gas de hidrólisis que conecta con la cámara de segunda hidrólisis y, a través de una entrada de gas de hidrólisis, con la cámara de metanogénesis, donde la conducción de gas de hidrólisis está configurada para conducir gas de hidrólisis generado en la cámara de segunda hidrólisis hasta la cámara de metanogénesis.

3. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una bancada de instalaciones técnicas (5) prefabricada, situada entre el depósito de pretratamiento y primera hidrólisis y el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, donde la bancada de instalaciones técnicas incorpora el circuito hidráulico, al menos una bomba de impulsión, las válvulas y los medios de trituración y remoción.

4. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque la bancada de instalaciones técnicas comprende válvulas automatizadas, válvulas manuales, sondas de temperatura, al menos una sonda de medición de valor pH, al menos una sonda de medición de presión del circuito hidráulico y un cuadro eléctrico.

5. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque la bancada de instalaciones técnicas incorpora un compresor de aire comprimido configurado para bombear oxígeno en el interior de la cámara de metanogénesis, la cámara de segunda hidrólisis y el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, eliminando de esta manera el sulfuro de hidrógeno del biogás generado, depurando el biogás.

6. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara de metanogénesis comprende al menos una boca-hombre en su parte superior, configurada para permitir la retirada de sustrato orgánico flotante en la cámara de metonogénesis y el acceso de personal de mantenimiento al interior de la cámara de metanogénesis.

7. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara de metanogénesis comprende al menos dos sondas de temperatura, configuradas para medir la temperatura del proceso de metanogénesis en el interior de la cámara de metanogénesis.

8. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque tanto el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis como el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis comprenden una capa de aislamiento térmico perimetral.

9. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 8, caracterizada porque la capa de aislamiento térmico perimetral está fabricada en poliuretano.

10. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque el circuito de gas que une el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis con el almacén de biogás, comprende un primer equipo de control de presión y retirada de condensados (10), configurado para regular la presión máxima en el circuito de gas y para que el biogás generado atraviese un circuito de condensación previamente a su almacenamiento en el almacén de biogás.

11. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 10, caracterizada porque el circuito de condensación comprende un depósito de condensado.

12. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 10, caracterizada porque el primer equipo de control de presión y retirada de condensados comprende, en su salida, un contador de flujo volumétrico, mediante el cual se mide la tasa de generación de biogás.

13. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según las reivindicaciones 10 y 11, caracterizada porque el primer equipo de control de presión se encuentra en correspondencia con el depósito de condensado.

14. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis y la bancada de instalaciones técnicas están realizados de manera prefabricada.

15. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un segundo equipo de control de presión, configurado para regular la presión del almacén de biogás.

16. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una caldera de biogás (11) unida a un circuito de calefacción, donde la caldera de biogás está configurada para quemar una parte del biogás producido en la estación de tratamiento de sustrato orgánico, y donde la caldera de biogás está configurada para calentar un fluido calefactor que circula por tres circuitos de calefacción, alrededor del depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis y alrededor de la cámara de segunda hidrólisis y de la cámara de metanogénesis.

17. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 16, caracterizada porque la caldera de biogás comprende un contador volumétrico de gas, configurado para medir la cantidad de biogás consumido por la caldera de biogás.

Tipo: Modelo de Utilidad. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: U201530953.

Solicitante: KEPLER, INGENIERIA Y ECOGESTION, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: NAGELE,NORBERT, DANNER,Walter.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > Equipos para enzimología o microbiología > C12M1/107 (con medios para recoger los gases de fermentación, p. ej. metano (producción de metano por tratamiento anaerobio de lodos C02F 11/04))
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA > PLANTACION; SIEMBRA; FERTILIZACION (en combinación... > Tratamiento de estiércoles; Abonado de las tierras... > A01C3/02 (Almacenamiento de estiércoles, p. ej. cisternas para el agua de estiércol; Instalaciones para la fermentación de estiércoles (estructura de las alcantarillas E03F 5/00; silos, protecciones E04H 7/22))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > C12M1/00 (Equipos para enzimología o microbiología)
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Estación de tratamiento de sustrato orgánico.
Estación de tratamiento de sustrato orgánico.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una estación de tratamiento de sustrato orgánico destinada a la producción de biogás a pequeña y media escala, a partir de materia orgánica proveniente de residuos generados en pequeñas industrias, explotaciones agropecuarias, hoteles, etc., o bien de materia orgánica producida específicamente para ser alimentada como sustrato orgánico en un proceso de generación de biogás.

La estación de tratamiento de sustrato orgánico objeto de la presente invención permite también reducir los vertidos de Gases de Efecto Invernadero (GEI) generados en multitud de industrias, y generar un sustrato biológico aprovechable como fertilizante en la agricultura y jardinería.

La estación de tratamiento objeto de la presente invención encuentra su aplicación en el ámbito de la Industria alimentaria, agropecuaria, en la Industria de Gestión, Tratamiento y Reciclaje de residuos orgánicos y empresas de ocio, como hoteles y campos de golf.

ANTECEDENTES Y PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

En la actualidad existe una gran preocupación por reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) por parte, no sólo de las grandes industrias contaminantes, sino también de las pequeñas y medianas industrias.

Por otra parte, la necesidad de aumentar el rendimiento de muchas instalaciones industriales y de reducir al máximo los costes en consumo energético y/o en adquisición de fertilizantes por parte de industrias como las agropecuarias ha llevado al desarrollo de plantas de tratamiento y reciclaje de residuos orgánicos cuyo objetivo principal es la generación de un gas (biogás) rico en metano que puede ser utilizado en la misma industria en la que es generado (reduciendo así la necesidad de importación de gas), o bien puede ser conducido y/o almacenado para su venta y/o aprovechamiento como fuente de generación de electricidad o de energía térmica.

Las actuales plantas de generación de biogás pueden estar formadas por un único tanque que alberga tanto los procesos de hidrólisis (hidrólisis y acidificación del sustrato primario) de los residuos orgánicos primarios, como el proceso de metanogénesis (reactor/digestor) en el que los residuos hidrolizados son sometidos a digestión por parte de bacterias anaerobias tales como Escherichiacoli,

Klebsiellapneumoniae, o Enterococcusfaecalis, entre otras. Dichas bacterias generan un gas como producto de su digestión, cuyo componente principal es el metano.

Existe también una modalidad de plantas de biogás en la cual los procesos de hidrólisis de los residuos orgánicos primarios, y el proceso de digestión (metanogénesis) de los residuos hidrolizados (el reactor de bacterias anaerobias) se encuentran separados físicamente en al menos dos tanques diferenciados.

En ambos tipos de plantas de biogás, los sustratos primarios que han de ser hidrolizados para descomponerse en sustancias más simples (dando lugar a moléculas orgánicas de cadena corta - mayoritariamente ácidos orgánicos volátiles y, entre ellos, principalmente ácido acético- que puedan ser fácilmente digeridas por las bacterias anaerobias), han de someterse a un tratamiento previo a la hidrólisis, frecuentemente denominado "pre-tratamiento del sustrato orgánico", consistente en triturar, homogeneizar y desbastar (eliminar residuos no orgánicos o no digeribles) el sustrato primario, así como en añadir posibles nutrientes y/o componentes orgánicos que escaseen en el sustrato primario y que ayuden a la digestión de las bacterias y/o a la obtención de un biogás de mejor calidad.

En cuanto a los sustratos orgánicos primarios para producir biogás, cabe distinguir dos tipos: los procedentes de "cultivos energéticos" y los procedentes de residuos de otros procesos agropecuarios o industriales (que suelen presentar una degradación más difícil que los primeros, y cuyo procesado requiere una tecnología más avanzada). Los cultivos energéticos son aquellas plantaciones diseñadas específicamente para abastecer a plantas de biogás: suele tratarse de materiales de fácil degradación y que dan lugar a una elevada producción de biogás. Un ejemplo de este tipo lo constituyen las plantaciones de maíz para abastecimiento de estaciones de biogás.

Las plantas de biogás en las que los procesos de hidrólisis y metanogénesis están separados en tanques diferentes permiten el procesado de sustratos que no son adecuados para las plantas de biogás de una sola fase, incluso sustratos con alto contenido en fibras, consiguiendo rendimientos superiores de producción de biogás, de hasta un 40 %. Al mismo tiempo, mientras que las plantas de una sola fase tienen una alta sensibilidad a cambios de alimentación, las plantas de dos fases son lo suficientemente robustas para permitir cambiar frecuentemente el sustrato primario con el que se alimenta el proceso, sin menoscabo de dicho proceso.

Para plantas de generación de biogás a pequeña escala (con un volumen de reactor de hasta 200 m3 frente a los 3.000 m3 de reactor que pueden tener las plantas a gran escala), utilizadas en pequeñas industrias y en localidades rurales que necesitan autoabastecerse de energía y que no disponen de un acceso a una red de suministro de gas y/o electricidad, se suele emplear una disposición de la planta de generación de biogás del primer tipo mencionado anteriormente, es decir, plantas de una fase en las que se realizan los procesos de hidrólisis y la digestión anaerobia (proceso de

metanogénesis) del sustrato en el mismo tanque. Plantas del segundo tipo de pequeño tamaño se utilizan únicamente en países en vías de desarrollo. Estas plantas se operan manualmente y carecen de sistemas de válvulas, bombas, sondas, automatización y acceso remoto.

Los inconvenientes principales que presentan estas plantas de biogás a pequeña escala son, por un lado, la necesidad de construir depósitos o tanques de hidrólisis (generalmente realizados en ladrillo u hormigón) en el mismo lugar donde se quiere instalar la planta de generación de biogás; por otro lado, la necesidad de mano de obra especializada que tenga que supervisar de manera continua el proceso de generación de biogás, para cargar y descargar los tanques de hidrólisis y para el almacenamiento en depósitos estancos del biogás generado en el proceso y; por otro lado, la necesidad de gestionar y supervisar el proceso de pre-tratamiento de los residuos orgánicos primarios, con carácter previo a su carga en el tanque de hidrólisis.

Otro inconveniente que presentan las actuales plantas de generación de biogás a pequeña escala es la incapacidad (debido a su pequeño tamaño y tecnología de fabricación) de que un operario pueda introducirse en los tanques de hidrólisis y digestión anaerobia para el mantenimiento y/o reparación o ajuste de la instalación.

Otro inconveniente a mencionar en las plantas actuales de generación de biogás a pequeña escala es la ausencia de control de la temperatura del proceso y del valor pH, lo cual redunda en una falta de control y predictibilidad de todas las variables relacionadas con el proceso, incluyendo una imposibilidad de predecir con rigor la cantidad y composición del biogás y del fertilizante generados en el proceso.

Otro inconveniente a mencionar en las plantas actuales de generación de biogás a pequeña escala es la ausencia de bombas, trituradoras, válvulas hidráulicas y de gas de control neumáticas, automatización con equipos de programación lógica, vigilancia y control remoto de la instalación vía WEB.

Otro inconveniente a mencionar en las plantas actuales de generación de biogás de pequeña escala es la imposibilidad de la construcción de los reactores biológicos e instalaciones hidráulicas prefabricadas,...

 


Reivindicaciones:

1. Estación de tratamiento de sustrato orgánico configurada para la producción de biogás a través de la hidrólisis y digestión anaerobia de sustrato orgánico en una cámara de metanogénesis (4) que comprende un volumen comprendido entre 20 y 200 m3, caracterizada porque comprende:

- un depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis (1), unido mediante un circuito hidráulico, al menos una bomba de impulsión y válvulas, a;

- un depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis (2), unido:

- mediante un circuito hidráulico, provisto de válvulas y rebosadero, a un almacén de digerido (8) y;

- mediante un circuito de gas a un almacén de biogás (9);

donde el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis:

- está provisto de medios de cribado (6) y medios de trituración y remoción, para homogeneizar y desbastar el sustrato orgánico introducido en el depósito de pretratamiento y primera hidrólisis, y donde el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis está configurado para producir una primera fase de hidrólisis del sustrato orgánico introducido en el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, y;

donde el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis comprende:

- una cámara de segunda hidrólisis (3), situada en la parte interior del depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, configurada para producir una segunda fase de hidrólisis y acidogénesis del sustrato orgánico y;

- la cámara de metanogénesis, situada en la parte superior del depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, configurada para que se produzca la digestión, mediante bacterias anaerobias, del sustrato orgánico hidrolizado, generándose biogás;

donde tanto el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis como el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis están fabricados en poliéster reforzado con fibra de vidrio, y donde la estación de tratamiento de sustrato orgánico comprende adicionalmente un sistema de control, configurado para accionar y/o activar un control remoto de las válvulas, los medios de cribado, los medios de trituración y remoción y la bomba de impulsión.

2. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos una conducción de gas de hidrólisis que conecta con la cámara de segunda hidrólisis y, a través de una entrada de gas de hidrólisis, con la cámara de metanogénesis, donde la conducción de gas de hidrólisis está configurada para conducir gas de hidrólisis generado en la cámara de segunda hidrólisis hasta la cámara de metanogénesis.

3. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una bancada de instalaciones técnicas (5) prefabricada, situada entre el depósito de pretratamiento y primera hidrólisis y el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis, donde la bancada de instalaciones técnicas incorpora el circuito hidráulico, al menos una bomba de impulsión, las válvulas y los medios de trituración y remoción.

4. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque la bancada de instalaciones técnicas comprende válvulas automatizadas, válvulas manuales, sondas de temperatura, al menos una sonda de medición de valor pH, al menos una sonda de medición de presión del circuito hidráulico y un cuadro eléctrico.

5. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque la bancada de instalaciones técnicas incorpora un compresor de aire comprimido configurado para bombear oxígeno en el interior de la cámara de metanogénesis, la cámara de segunda hidrólisis y el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, eliminando de esta manera el sulfuro de hidrógeno del biogás generado, depurando el biogás.

6. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara de metanogénesis comprende al menos una boca-hombre en su parte superior, configurada para permitir la retirada de sustrato orgánico flotante en la cámara de metonogénesis y el acceso de personal de mantenimiento al interior de la cámara de metanogénesis.

7. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara de metanogénesis comprende al menos dos sondas de temperatura, configuradas para medir la temperatura del proceso de metanogénesis en el interior de la cámara de metanogénesis.

8. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque tanto el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis como el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis comprenden una capa de aislamiento térmico perimetral.

9. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 8, caracterizada porque la capa de aislamiento térmico perimetral está fabricada en poliuretano.

10. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque el circuito de gas que une el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis con el almacén de biogás, comprende un primer equipo de control de presión y retirada de condensados (10), configurado para regular la presión máxima en el circuito de gas y para que el biogás generado atraviese un circuito de condensación previamente a su almacenamiento en el almacén de biogás.

11. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 10, caracterizada porque el circuito de condensación comprende un depósito de condensado.

12. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 10, caracterizada porque el primer equipo de control de presión y retirada de condensados comprende, en su salida, un contador de flujo volumétrico, mediante el cual se mide la tasa de generación de biogás.

13. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según las reivindicaciones 10 y 11, caracterizada porque el primer equipo de control de presión se encuentra en correspondencia con el depósito de condensado.

14. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 3, caracterizada porque el depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis, el depósito de segunda hidrólisis y metanogénesis y la bancada de instalaciones técnicas están realizados de manera prefabricada.

15. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un segundo equipo de control de presión, configurado para regular la presión del almacén de biogás.

16. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una caldera de biogás (11) unida a un circuito de calefacción, donde la caldera de biogás está configurada para quemar una parte del biogás producido en la estación de tratamiento de sustrato orgánico, y donde la caldera de biogás está configurada para calentar un fluido calefactor que circula por tres circuitos de calefacción, alrededor del depósito de pre-tratamiento y primera hidrólisis y alrededor de la cámara de segunda hidrólisis y de la cámara de metanogénesis.

17. Estación de tratamiento de sustrato orgánico según la reivindicación 16, caracterizada porque la caldera de biogás comprende un contador volumétrico de gas, configurado para medir la cantidad de biogás consumido por la caldera de biogás.