BIORREACTOR PARA LA METANIZACIÓN DE BIOMASA CON UNA ELEVADA FRACCIÓN DE SÓLIDOS.

Biorreactor para la metanización de biomasa (4) con una elevada fracción de sólidos,

con un digestor (2) configurado de manera hermética a los líquidos y que puede cerrarse herméticamente a los gases, una derivación (18) de biogás, una abertura (14) de carga y descarga para llenar y vaciar el digestor con biomasa (4), y un dispositivo (22) de drenaje de percolado o líquido de percolación en el fondo (6) y/o las paredes (8, 9, 12) del digestor (2), caracterizado porque el dispositivo (22) de drenaje de percolado está unido con un dispositivo (30) de control de percolado, para regular el nivel (28) de líquido del percolado en el digestor (2)

Biorreactor para la metanización de biomasa con una elevada fracción de sólidos.

La invención se refiere a un biorreactor para la metanización de biomasa con una elevada fracción de sólidos según el preámbulo de la reivindicación 1.

La expresión "biomasa con una elevada fracción de sólidos" debe entenderse como contraria a biomasa líquida, bombeable, tal como la que se utiliza en procedimientos de fermentación en húmedo. "Biomasa con una elevada fracción de sólidos" debe entenderse por tanto como biomasa no bombeable.

Un biorreactor según el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce por el documento EP 1 301 583 B1, a cuya publicación se hace referencia en todo su contenido para evitar una repetición innecesaria y cuyo contenido publicado se incorpora expresamente a la presente solicitud.

Este biorreactor conocido comprende un digestor a modo de un garaje prefabricado, que se cierra de manera hermética a los gases mediante una trampilla. La carga con biomasa no fermentada y la descarga de la biomasa residual fermentada puede realizarse mediante una pala cargadora. Puesto que la biomasa se deposita durante el proceso de fermentación, la biomasa presiona contra la trampilla. La trampilla debe por tanto estar realizada de manera correspondientemente maciza y debe, por otro lado, cerrarse también con precisión para una hermetización suficiente del digestor. Una trampilla de este tipo que pueda moverse con precisión y al mismo tiempo resistente es cara. Además existe el riesgo de que la trampilla deje de hermetizar y cerrar con precisión en caso de una carga elevada con biomasa. Para solucionar este problema el documento DE 202005014176.3 propone un sistema de retención aguas abajo de la trampilla, que impide que la biomasa que se deposita, presione la trampilla.

En el documento DE 102 57 849 A1 se describe un fermentador de garaje, en el que, a través de un fondo perforado, la biomasa se aire desde abajo con biogás. Este fondo perforado funciona por tanto también como dispositivo de drenaje para el percolado, que como en nuestro caso también se recircula. Sin embargo, no se menciona una regulación del estado de llenado.

El documento DE 101 29 718 A1 describe un fermentador vertical para la metanización de residuos biológicos domésticos con alimentación y descarga continuas mediante transportadores sinfín a través de aberturas independientes. El percolado se separa a través de un fondo perforado, y se recircula, pero su nivel de llenado no se regula.

El documento DE 44 44 462 A1 se refiere también a un fermentador vertical, en el que la biomasa se introduce por arriba de manera discontinua y de manera hermética a los gases, durante la fermentación desciende hacia abajo, y allí se descarga de manera discontinua y hermética a los gases. Se utiliza una conducción de circulación de agua de infiltración controlada, para transportar los ácidos orgánicos formados arriba a la zona inferior del reactor, donde tiene lugar la fermentación. La fracción de sólidos del material biogénico se indica con desde un 30% hasta un 55%.

En el documento DE 201 21 701 U1 se describe un sistema de dos fases con dos reactores. En el primer reactor se incluye en un procedimiento en húmedo la biomasa flotando en un líquido de tratamiento, que contiene bacterias anaeróbicas, y así se transporta desde una abertura de adición hasta una abertura de descarga. El líquido de tratamiento se rocía mediante conducción de circulación sobre la biomasa. El líquido de tratamiento se transfiere a un segundo reactor y allí se fermenta. Sin embargo en ambos reactores se produce biogás. Como alternativa al procedimiento en húmedo también puede tratarse en el primer reactor biomasa con una elevada fracción de sólidos. En este caso, se genera biogás principalmente en el segundo reactor. No se menciona una regulación del estado de llenado para el líquido de tratamiento.

El documento EP 0 803 568 A1 describe una instalación de biogás para fermentar biomasa con una fracción de sólidos de aproximadamente un 25% de materia seca. La instalación consiste en varios reactores que están unidos entre sí, de manera que el material descargado de los reactores puede suministrarse de manera controlada a otros reactores, para configurar el control del proceso en cada reactor de manera individual y óptima.

El documento DE 37 19 564 A1 da a conocer un biorreactor según el preámbulo de la reivindicación 1.

Aunque el rendimiento en gas a partir de la biomasa y el tiempo de residencia necesario de la biomasa en muchos casos es suficiente, sería deseable un mayor rendimiento en gas o un menor tiempo de residencia de la biomasa en el digestor.

Por tanto, es un objetivo de la presente invención mejorar el biorreactor conocido por el documento DE 3719564 A1 en el sentido de aumentar el rendimiento en gas y reducir el tiempo de residencia necesario de la biomasa en el digestor.

Para solucionar este objetivo se perfecciona un biorreactor según el preámbulo de la reivindicación 1 mediante sus rasgos caracterizadores.

En la fermentación de biomasa seca, es decir no bombeable, se producen, debido a la humedad contenida en la biomasa, líquidos de percolación, el denominado percolado, que se retira a través de un dispositivo de drenaje y, dado el caso, vuelve a conducirse desde arriba sobre la biomasa que va a fermentarse. Se ha puesto de manifiesto ahora que el rendimiento en biogás aumenta esencialmente, en el intervalo entre un 10% y un 40%, cuando el percolado que se produce no se retira inmediatamente a través del dispositivo de drenaje, sino que se acumula en el digestor hasta un nivel determinado. Esto se consigue, desde el punto de vista de la técnica del dispositivo, porque el digestor se diseña de manera hermética a los líquidos, es decir la trampilla para la carga y descarga del digestor también debe realizarse de manera hermética a los líquidos y también debe configurarse de manera correspondientemente estable, para resistir a la presión de fluido producida. Mediante la unión del dispositivo de drenaje de percolado presente con un dispositivo de control de percolado es posible ajustar y regular el nivel de líquido del percolado en la biomasa en fermentación de modo que la tasa de generación de biogás o el rendimiento en biogás sea máxima.

Según una forma de realización preferida de la invención según la reivindicación 2, el dispositivo de control de percolado comprende un depósito de percolado que está unido a través de una derivación de percolado con el dispositivo de drenaje de percolado. En la derivación de percolado está dispuesta una válvula, mediante la que puede acumularse el percolado que se forma en el digestor hasta la altura deseada. La altura del nivel de percolado se establece a este respecto de manera que el rendimiento en gas sea máximo. La derivación del percolado hacia el depósito de percolado se produce por gravedad.

Según una configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 3, en la derivación de percolado está dispuesta una bomba de percolado, para posibilitar la derivación del percolado hacia el depósito de percolado independientemente de la gravedad. A este respecto la bomba de percolado puede adoptar también al mismo tiempo la función de la válvula.

Según una configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 4, el sensor de estado de llenado es un sencillo sensor de presión, que está dispuesto en la derivación de percolado en la zona del fondo del digestor. Este tipo de sensores de presión son muy económicos y resistentes frente al percolado químicamente agresivo.

Según otra forma de realización preferida de la invención según la reivindicación 5, el dispositivo de control de percolado comprende también un conducto de retorno de percolado, para conducir de manera conocida en sí misma el percolado desde el depósito de percolado de vuelta al digestor.

Según otra forma de realización preferida de la invención según la reivindicación 8, en el depósito de percolado se incorporan cuerpos de relleno, en los que pueden acumularse especialmente bien microorganismos que generan biogás. De manera sencilla, esto se consigue según la reivindicación 9 porque en el depósito de percolado se introduce un lecho fijo de biomasa con una elevada fracción de sólidos. De este modo el propio depósito de percolado también sirve como biorreactor y puede retirarse...

1. Biorreactor para la metanización de biomasa (4) con una elevada fracción de sólidos, con

un digestor (2) configurado de manera hermética a los líquidos y que puede cerrarse herméticamente a los gases,

una derivación (18) de biogás,

una abertura (14) de carga y descarga para llenar y vaciar el digestor con biomasa (4), y

un dispositivo (22) de drenaje de percolado o líquido de percolación en el fondo (6) y/o las paredes (8, 9, 12) del digestor (2), caracterizado porque el dispositivo (22) de drenaje de percolado está unido con un dispositivo (30) de control de percolado, para regular el nivel (28) de líquido del percolado en el digestor (2).

2. Biorreactor según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (30) de control de percolado comprende:

- un depósito (34) de percolado, que está unido a través de una derivación (32) de percolado con el dispositivo (22) de drenaje de percolado,

- una válvula (36) dispuesta en la derivación (32) de percolado, y

- un sensor (40) de estado de llenado para detectar el nivel (28) de líquido de percolado en el digestor (2).

3. Biorreactor según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo (30) de control de percolado comprende una bomba (38) de percolado dispuesta en la derivación (32) de percolado.

4. Biorreactor según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el sensor de estado de llenado es un sensor (40) de presión, que está dispuesto en la derivación (32) de percolado o en el digestor (2).

5. Biorreactor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (30) de control de percolado comprende un conducto (48) de retorno de percolado, que une el depósito (34) de percolado con la zona superior del digestor (2).

6. Biorreactor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la abertura (14) de carga y descarga es una trampilla accionable de manera preferiblemente hidráulica, que cierra a ras de suelo el digestor (2).

7. Biorreactor según la reivindicación 6, caracterizado por un dispositivo de retención, que está dispuesto en el digestor (2) en la dirección de llenado aguas abajo de la trampilla (14) de tal manera que la biomasa (4) cargada se apoya al menos parcialmente en el dispositivo de retención.

8. Biorreactor según una de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado porque en el depósito (34) de percolado se incorporan cuerpos de relleno, en los que pueden acumularse microorganismos que generan biogás y porque el depósito (34) de percolado comprende un conducto de descarga de biogás.

9. Biorreactor según la reivindicación 8, caracterizado porque los cuerpos de relleno en el depósito (34) de percolado están configurados como un lecho fijo de biomasa con una elevada fracción de sólidos.

10. Dispositivo de generación de biogás con una pluralidad de biorreactores (2-i) según una de las reivindicaciones anteriores y un depósito (34) de percolado común.

11. Dispositivo de generación de biogás según la reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de biorreactores (2-i) individuales están unidos entre sí a través de conductos de conexión de percolado.