PROCEDIMIENTO E INSTALACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE GASES BRUTOS CON CONTENIDO DE METANO Y DIÓXIDO DE CARBONO, CONCRETAMENTE BIOGÁS, PARA LA OBTENCIÓN DE METANO.

Procedimiento e instalación para el tratamiento de gases brutos con contenido de metano y dióxido de carbono, concretamente biogás, para la obtención de metano. [0001] La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de gases brutos con contenido de metano y dióxido de carbono, en particular biogás, para la obtención de metano y una instalación adecuada para la ejecución del procedimiento. [0002] El biogás se produce por la fermentación anaerobia (sin oxígeno) de material orgánico y se utiliza como fuente de energía renovable. Dependiendo de las materias utilizadas, materias primas con biomasa, abono, como estiércol líquido y estiércol, materias primas renovables, se distingue entre gas de clarificación, gas de vertedero y biogás. [0003] Mediante procesos termoquímicos en la industria, como la gasificación, también se obtienen gases con contenido de metano. [0004] También el gas de refinería que resulta de la destilación de petróleo crudo contiene metano. [0005] Los gases antes mencionados contienen además dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno, así como pequeñas cantidades restantes de otras sustancias químicas. [0006] Del documento DE 10 200 051 952 B3 se conoce un procedimiento para la fabricación de metano y dióxido de carbono líquido a partir de gas de refinería y/o biogás. El gas crudo se purifica en un paso previo (eliminación de impurezas como NH3, H2SO4, H2S, SO2 y COS) y a continuación se suministra a una columna de absorción, en la que bajo una presión preferiblemente de 5 hasta 30 bar, con el empleo de una solución de lavado que contiene aminas, se liga en la solución de lavado el dióxido de carbono que contiene el gas bruto. El gas purificado resultante contiene aprox. 98% de volumen de metano y se puede suministrar en una reutilización directa. La solución de lavado contaminada se prepara regenerativamente bajo presión y a temperaturas elevadas (de 180 a 230 °C) en una columna de desorción. [0007] La desventaja de este modo de proceder consiste en que el gas bruto debe someterse a un prelavado y el metano obtenido sólo posee una pureza de hasta el 98%, y la regeneración de la solución de lavado requiere un alto gasto de energía. Además, la realización del lavado con amina del gas bruto bajo una presión elevada está unida desde el punto de vista técnico con un gasto de equipo alto. [0008] La invención se basa en la tarea de crear un procedimiento para el tratamiento de gases brutos que contienen metano y dióxido de carbono, especialmente biogás, para conseguir la extracción de metano, que se distinga por una rentabilidad mejorada y con el que se obtenga una mayor pureza del metano, con un volumen de más del 99,5% y simultáneamente se pueda disminuir notablemente la demanda energética para la regeneración de la solución de lavado. Además debe crearse una instalación adecuada para la ejecución del procedimiento. Según la invención, la tarea se resuelve con las características del procedimiento indicadas en la reivindicación 1. En las reivindicaciones 2 hasta 9 se indican perfeccionamientos ventajosos del procedimiento. Una instalación adecuada para llevar a cabo el procedimiento es objeto de la reivindicación 10. Definiciones más detalladas ventajosas de la instalación se recogen en las reivindicaciones 11 hasta 15. [0009] Según el método propuesto, se somete el gas bruto, preferiblemente biogás, a una presión atmosférica o una leve presión negativa (de hasta 50mbar), preferiblemente de -20 (presión negativa) a 150 mbar, a un lavado de uno o varios pasos con una solución de lavado con aminas con una concentración de aminas de como mínimo un 15% a temperatura normal o a temperaturas de hasta 100°C, preferiblemente de 20 hasta 60 °C. Del flujo de gas puro de metano y agua que surge en la fase de lavado, se separa el agua mediante un posterior enfriamiento y condensación, y en caso necesario se devuelve al ciclo de lavado. [0010] La solución de lavado se recircula y se somete a una reelaboración regenerativa especial, que lleva a una pureza especialmente alta de la solución de lavado. [0011] Para ello, se comprime la solución de lavado contaminada con CO2 y compuestos sulfúricos retirada de la fase de lavado, hasta una presión de reacción de al menos 4 bar, preferiblemente de 8 hasta 12 bar, y se calienta a una temperatura por encima de los 120 °C. A continuación, ésta se expande en una primera fase de expansión a una presión de 1 hasta 3 bar por debajo de la presión de reacción. En cumplimiento de una duración de la reacción posterior de 280 hasta 1200 segundos y de una temperatura de reacción constante, la mayor parte del CO2 y de los compuestos sulfúricos se pueden separar de la solución de lavado como un flujo de gas. En esta primera fase de expansión, el CO2 químicamente ligado se separa en la fase líquida y escapa. La solución de lavado purificada resultante se enfría a temperaturas por debajo de los 50°C, y en una segunda fase de expansión, se expande a presión atmosférica. En esta segunda fase de expansión, por tanto, todavía se pueden separar cantidades restantes de CO2 soluble y compuestos sulfúricos. En la segunda fase de 2 expansión se da, con las condiciones presentes (temperatura y presión), una solución de refuerzo de CO2 aún ligado físicamente, que escapa de la solución de lavado. La solución de lavado posee ahora un grado máximo posible de pureza. A continuación, la solución de lavado completamente purificada se enfría a temperatura normal y se devuelve a la fase de lavado para separar el metano del biogás. Debido a la forma de recirculación necesaria de la solución de lavado, el metano separado en la fase de lavado, sólo puede alcanzar una pureza de al menos un 99,5%, cuando la solución de lavado posee una pureza correspondiente alta. [0012] Con el método propuesto, es posible por primera vez obtener metano de biogás con una pureza tan alta. [0013] En una separación de varios pasos del metano en el marco de lavado de amina, debería utilizarse en la primera fase, más del 50% de la cantidad necesaria en total de solución de lavado. Es conveniente combinar las soluciones de lavado de las etapas de lavado individuales antes de la reelaboración regenerativa. [0014] Para el calentamiento de la solución de lavado a la temperatura de reacción necesaria, es ventajoso llevarla a cabo en dos etapas mediante intercambiadores de calor calentados indirectamente. En este caso, se puede utilizar la solución de lavado caliente separada en la primera fase de expansión como medio de transferencia térmica para al menos uno de los intercambiadores de calor. Dependiendo de la temperatura de la solución de lavado, ésta se utiliza preferiblemente como medio de transferencia térmica para el primer intercambiador de calor, puesto que tiene la ventaja de que ésta se puede enfriar al mismo tiempo a la temperatura deseada de al menos 50 °C. Esto es de una gran ventaja en términos energéticos para la economía del procedimiento. En la primera fase de expansión se pueden separar más del 95% de los componentes de CO2 y compuestos sulfúricos ligados en la solución de lavado. [0015] El flujo de gas separado en la primera fase de expansión que contiene CO2 y compuestos sulfúricos se conduce a través de dos intercambiadores de calor conectados en serie y se enfría a temperatura normal. El agua utilizada como medio de transferencia térmica en el primer intercambiador de calor se calienta en dicho proceso a una temperatura notablemente mayor, y el agua caliente así obtenida puede ser utilizada de forma efectiva para otros fines. De esta manera se recupera aprox. el 60% de la energía térmica añadida justo antes de la primera fase de expansión. [0016] Una vez efectuada la refrigeración del flujo de gas, se separa el agua de éste en un separador conectado a continuación, que se reconduce nuevamente al circuito de la solución de lavado, mediante la introducción en el separador de la segunda fase de expansión. El flujo de gas anhidro (CO2 y compuestos sulfúricos) se expulsa bajo presión regulada, p.ej. al entorno. Con un contenido de azufre demasiado alto en el flujo de gas, éste se desulfuriza en una instalación de desulfuración conectada. [0017] Los tiempos de reacción en la primera fase de expansión se pueden reducir aún más con un tratamiento de ultrasonido de la solución de lavado. El periodo de permanencia en esta fase se puede reducir en aprox. un 30% con el mismo resultado. [0018] Una instalación adecuada para la ejecución del método consiste en una columna de lavado de una o varias fases para separar el metano del gas bruto que se va a tratar. La columna de lavado se comunica con un conducto de circulación para la solución de lavado. En éste se integran en la dirección del flujo de la solución de lavado una primera bomba de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el tratamiento de gases brutos con contenido de metano y dióxido de carbono para la obtención de metano, donde el gas bruto es tratado para la separación del metano con una solución de lavado con amina, el CO2 contenido en el gas bruto se liga en la solución de lavado y la solución de lavado contaminada se trata regenerativamente, caracterizado por el hecho de que a) el gas bruto es sometido a presión atmosférica o presión baja (hasta 50 mbar) a un lavado (K01) de una o varias fases con una solución de lavado con amina con una concentración de amina de como mínimo un 15% a temperatura normal o temperaturas de hasta 100 °C en la formación de un flujo de gas puro de metano y agua, del cual se separa el agua mediante una refrigeración y condensación posteriores, y en caso necesario se reconduce al ciclo de lavado; b) la solución de lavado obtenida según a) que contiene CO2 y compuestos sulfúricos se comprime hasta una presión de reacción de al menos 4, preferiblemente 8 hasta 12 bar, y se calienta a una temperatura por encima de 120 °C, y se expande en una primera fase de expansión (F01) hasta una presión de 1 hasta 3 bar por debajo de la presión de reacción, manteniendo una duración de reacción posterior de 280 hasta 1200 segundos y una temperatura de reacción constante, donde la mayor parte de CO2 y compuestos sulfúricos se separan de la solución de lavado y se extraen como flujo de gas; c) la solución de lavado purificada se enfría a temperaturas por debajo de 50 °C y en una segunda fase de expansión (F03) se expande a presión atmosférica, con lo que se separan las cantidades restantes aún presentes de CO2 soluble y compuestos sulfúricos y la solución de lavado completamente purificada se enfría a temperatura normal y se reconduce a la fase de lavado (K01). 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en un lavado polifásico, en la primera fase de lavado, se utiliza más del 50% de la cantidad necesaria en total de solución de lavado y las soluciones de lavado de cada una de las etapas de lavado se combinan y se preparan regenerativamente. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que la solución de lavado obtenida después del lavado se calienta en dos etapas a la temperatura de reacción necesaria mediante intercambiadores de calor calentados indirectamente (W02, W03) 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por el hecho de que el flujo de gas que contiene CO2 y compuestos sulfúricos, separado en la primera fase de expansión (F01), se conduce a través de dos intercambiadores de calor conectados en serie (W06, W07) y se enfría a temperatura normal, y a continuación se suministra un separador (F02), en el que se separa el agua condensada del flujo de gas y el flujo de gas anhidro (CO2 y compuestos sulfúricos) se evacua con presión regulada. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por el hecho de que la solución caliente separada en la primera fase de expansión (F01) se utiliza como medio de transferencia térmica para al menos uno de los intercambiadores de calor (W02) y se enfría a una temperatura de al menos 50 °C. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado por el hecho de que en la fase de procedimiento a) el gas bruto se calienta a una temperatura de 20 hasta 60 °C y se ajusta una presión en el rango de - 20 hasta 150 mbar. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado por el hecho de que en la primera fase de expansión (F01) se separan más del 95°% de los componentes de CO2 y compuestos sulfúricos ligados en la solución de lavado. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado por el hecho de que al menos el flujo de gas separado en la primera fase de expansión (F01) es desulfurizado en una instalación de desulfuración posconectada. 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizado por el hecho de que la solución de lavado se somete a un tratamiento de ultrasonido durante la primera fase de expansión (F01). 10. Instalación para la ejecución del procedimiento según al menos una de las reivindicaciones previamente citadas, caracterizada por el hecho de que ésta consiste en una columna de lavado de una o varias fases (K01) para la separación de metano del gas bruto a tratar, que está unida con un conducto de circulación (05, 12, 14) para la solución de lavado, en el que se integra una primera bomba de circulación (P01), en dirección del flujo después de la 7 bomba de circulación (P01) al menos un intercambiador de calor (W02 o W03) para el calentamiento de la solución de lavado y a continuación un primer (F01) y un segundo (F03) dispositivo de expansión, donde una segunda bomba de circulación (P02) y un intercambiador de calor (W05) para la refrigeración de la solución de lavado a temperatura normal se integran en el conducto (14) de salida del segundo dispositivo de expansión (F03) para la solución de lavado purificada. 11. Instalación según la reivindicación 10, caracterizada por el hecho de que para el calentamiento en fases de la solución de lavado antes del primer dispositivo de expansión (F01) se disponen dos intercambiadores de calor conectados en serie (W02, W03). 12. Instalación según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizada por el hecho de que los dispositivos de expansión (F01,F03) están unidos con conductos (06, 13) para la evacuación de un flujo de gas (CO2 y compuestos sulfúricos). 13. Instalación según una de las reivindicaciones 10 hasta 12, caracterizada por el hecho de que el conducto de flujo de gas (06) del primer dispositivo de expansión (F01) se conecta con un separador (F02), donde entre el dispositivo de expansión (F01) y el separador (F02) se integran dos intercambiadores de calor conectados en serie (W06, W07) para la refrigeración del flujo de gas, el separador (F02) está unido con un conducto (08) para la evacuación del flujo de gas y un conducto (07) para la transmisión del agua condensada separada al segundo dispositivo de expansión (F03). 14. Instalación según una de las reivindicaciones 10 hasta 13, caracterizada por el hecho de que al menos uno de los intercambiadores de calor preconectados (W02) se integra en el conducto (12) que deriva del primer dispositivo de expansión (F01) para la solución de lavado, donde la solución de lavado atraviesa dicho intercambiador como medio de transferencia térmica. 15. Instalación según una de las reivindicaciones 10 hasta 14, caracterizada por el hecho de que al menos el conducto de flujo de gas (08), que deriva del separador posconectado (F02), se conecta a una instalación de desulfuración. 8 9