INSTALACIÓN DE BIOGÁS PARA LA GENERACIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE BIOMASA ASÍ COMO PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR LA INSTALACIÓN DE BIOGÁS.

Instalación de biogás para la generación de biogás con al menos un fermentador (2) que funciona según el principio de la fermentación seca para la generación de biogás en el funcionamiento discontinuo con una salida (8) de biogás y una entrada (24) de gas de purgado;

un conducto (12) de biogás que puede conectarse con la salida (8) de biogás; un conducto (26) de gas de escape mediante el que puede alimentarse gas de escape con contenido en dióxido de carbono a la entrada (24) de gas de purgado; una chimenea (20) de gas de escape, que puede conectarse a través de un primer conducto (14) de biogás/gas de escape con la salida (8) de biogás; una antorcha (22) de gas de escape, que puede conectarse a través de un segundo conducto (16) de biogás/gas de escape con la salida (8) de biogás; un conducto (28) de aire limpio, que puede conectarse con la entrada (24) de gas de purgado; un dispositivo (30) de control para la conexión de la salida (8) de biogás con el conducto (12) de biogás o con la chimenea (20) de biogás de escape a través del primer conducto (14) de biogás/gas de escape o con la antorcha (22) de gas de escape a través del segundo conducto (16) de biogás/gas de escape y para la conexión de la entrada (24) de gas de purgado con el conducto (26) de gas de escape o con el conducto (28) de aire limpio; y un dispositivo (32, 34) de medición, que está conectado con el dispositivo (30) de control y comprende un primer sensor (32) de medición para la detección de la concentración de metano y un segundo sensor (34) de medición para la detección de la concentración de dióxido de carbono en la mezcla de gas que sale del al menos un fermentador (2)

Instalación de biogás para la generación de biogás a partir de biomasa así como procedimiento para hacer funcionar la instalación de biogás.

La invención se refiere a una instalación de biogás para la generación de biogás a partir de biomasa con al menos un fermentador según la reivindicación 1 así como un procedimiento para apagar un fermentador según la reivindicación 10 y un procedimiento para arrancar un fermentador según la reivindicación 14.

La denominada "fermentación seca" permite metanizar biomasas a granel de la agricultura, de desechos biológicos y zonas verdes municipales, sin convertir los materiales en un sustrato líquido que pueda bombearse. Pueden fermentarse biomasas con hasta un 50% de porcentaje de sustancia seca. Este procedimiento de fermentación seca se describe por ejemplo en el documento EP 0 934 998.

En la fermentación "seca" el material que va a fermentarse no se añade a una fase líquida con agitación, tal como es el caso por ejemplo en la fermentación líquida de desechos biológicos. En su lugar, el sustrato de fermentación introducido en el fermentador se mantiene constantemente húmedo al retirar el percolado en el fondo de fermentador y volver a rociarlo sobre la biomasa. Así se consiguen condiciones de vida óptimas paras las bacterias. En la recirculación del percolado puede regularse adicionalmente la temperatura, y existe la posibilidad de añadir aditivos para una optimización del proceso.

Por el documento WO 02/06439 se conoce un biorreactor o un fermentador en forma de un garaje prefabricado, que se hace funcionar según el principio de la fermentación seca en el denominado procedimiento discontinuo. A este respecto tras una inyección con material ya fermentado el sustrato de fermentación se introduce mediante palas cargadoras en el interior del fermentador. El depósito de fermentación con estructura en forma de garaje se cierra con una puerta hermética a los gases. La biomasa se fermenta bajo cierre hermético, a este respecto no tiene lugar ningún mezclado adicional y no se alimenta material adicional. El percolado que rezuma el material de fermentación se retira a través de un canal de drenaje, se almacena temporalmente en un tanque y vuelve a rociarse sobre el sustrato de fermentación para la humectación. El proceso de fermentación tiene lugar en el intervalo de temperatura para organismos mesófilos a 34-37ºC, el calentamiento se realiza mediante una calefacción de suelo y pared.

El biogás que se produce puede aprovecharse en una planta de cogeneración para obtener energía eléctrica y calor. Para que siempre haya disponible suficiente biogás para la planta de cogeneración, en la instalación de fermentación seca se hacen funcionar varios depósitos de fermentación de forma alterna en el tiempo. Al final del tiempo de permanencia la cámara de fermentación se vacía completamente y entonces se llena de nuevo. El sustrato fermentado se alimenta a un compostaje posterior, de modo que se produce un abono orgánico comparable con el compost convencional.

Debido al funcionamiento discontinuo deben apagarse de vez en cuando los fermentadores individuales, es decir, debe detenerse la producción de biogás, debe extraerse la biomasa fermentada del respectivo fermentador y debe introducirse biomasa nueva en el fermentador y debe reanudarse la producción de biogás. A este respecto debe evitarse por motivos de seguridad que durante la descarga y carga de los fermentadores individuales se produzca una mezcla explosiva de biogás/aire.

Para ello se conoce por el documento EP 1 301 583 B1 inundar un fermentador en funcionamiento en caso de riesgo de explosión, es decir, que haya entrado aire en el fermentador, con gas de escape con contenido en dióxido de carbono desde la planta de cogeneración operada con biogás. El documento EP 1681274 A describe un fermentador, que puede purgarse con gas con contenido en dióxido de carbono y con aire.

Es por tanto el objetivo de la presente invención hacer, partiendo de una instalación de biogás según el documento EP 1 301 583 B o el documento EP 1681274 A, que la descarga de biomasa consumida y la carga del fermentador con biomasa nueva sean seguras.

La solución de este objetivo se realiza mediante las características de las reivindicaciones 1, 10 y 14.

La instalación de biogás según la reivindicación 1 comprende los componentes necesarios para posibilitar un apagado y una descarga de manera segura y también un arranque seguro de un fermentador.

Mediante las medidas según la reivindicación 10 se mantiene la producción y el aprovechamiento de biogás también durante el apagado y el purgado con gas de escape con contenido en dióxido de carbono el mayor tiempo posible, es decir, la mezcla de biogás/gas de escape del fermentador que va a apagarse sigue alimentándose a la instalación consumidora de biogás hasta que la calidad de esta mezcla disminuya por debajo de un grado predeterminado. Sólo cuando la concentración de metano en la salida de biogás disminuya por debajo de un valor umbral superior, el conducto de biogás que conduce hasta la instalación consumidora de biogás se separa de la salida de biogás. A continuación la mezcla de biogás/gas de escape a la que sólo le queda un contenido reducido de metano se evacua a través de una chimenea de aire de escape. Esto se realiza hasta que la concentración de metano haya disminuido hasta un valor umbral inferior, en el que casi no queda nada de metano contenido en la mezcla de biogás/gas de escape. A continuación el fermentador que va a apagarse se purga, en lugar de con gas de escape con contenido en dióxido de carbono, con aire limpio y la mezcla de gas de escape/biogás/aire limpio se evacua a través de la chimenea de gas de escape hasta que la concentración de dióxido de carbono en la mezcla de gas de escape /biogás/aire limpio haya disminuido hasta un primer valor umbral. Sólo entonces se abre el fermentador para descargar la biomasa consumida y para cargar de nuevo el fermentador con biomasa nueva. Mediante las operaciones de purgado previas con gas de escape y aire limpio es posible la apertura y la descarga y carga del fermentador sin riesgo para el personal de servicio.

Según una configuración preferida de la invención según la reivindicación 11, la mezcla de biogás/gas de escape al alcanzar el valor umbral superior de la concentración de metano no se emite al medioambiente a través de la chimenea de aire de escape, sino que se alimenta a una antorcha de gas de escape y se quema en la misma. Dado el caso la antorcha de gas de escape puede alimentarse con combustible adicional, de modo que en cualquier caso tenga lugar una combustión. El quemado de la mezcla de biogás/gas de escape se realiza hasta que la concentración de metano en la mezcla de biogás/gas de escape quede por debajo de un valor umbral medio que se sitúa entre los valores umbrales superior e inferior.

Según una configuración preferida de la invención según la reivindicación 12, durante la descarga y carga del biofermentador apagado se aspira aire limpio a través de la abertura de carga y descarga abierta y la mezcla de gas aspirada se alimenta a la chimenea de gas de escape a través de la entrada de gas de purgado o a través de la salida de biogás. Como alternativa puede preverse también una conexión especial de evacuación por aspiración de aire limpio en el fermentador.

Mediante la configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 13 se garantiza que durante la descarga y carga del fermentador se aspira continuamente aire limpio.

Mediante el procedimiento según la invención para el (nuevo) arranque del fermentador apagado según la reivindicación 14 y 15 se evita de manera segura que en el arranque se produzca una mezcla de biogás/aire explosiva.

La conexión adicional del fermentador que ha vuelto a arrancarse al conducto de biogás se realiza al alcanzarse un cuarto valor umbral de la concentración de metano, que es igual al valor umbral superior - reivindicación 16.

El gas de escape para el purgado del fermentador que va a apagarse se proporciona por ejemplo por un motor de combustión interna - reivindicación 17.

Según una cuarta forma de realización preferida de la invención según la reivindicación 18, el gas de escape con contenido en dióxido de carbono se proporciona desde un dispositivo de tratamiento de biogás conectado aguas debajo del menos un fermentador.

1. Instalación de biogás para la generación de biogás con al menos un fermentador (2) que funciona según el principio de la fermentación seca para la generación de biogás en el funcionamiento discontinuo con una salida (8) de biogás y una entrada (24) de gas de purgado;

un conducto (12) de biogás que puede conectarse con la salida (8) de biogás;

un conducto (26) de gas de escape mediante el que puede alimentarse gas de escape con contenido en dióxido de carbono a la entrada (24) de gas de purgado;

una chimenea (20) de gas de escape, que puede conectarse a través de un primer conducto (14) de biogás/gas de escape con la salida (8) de biogás;

una antorcha (22) de gas de escape, que puede conectarse a través de un segundo conducto (16) de biogás/gas de escape con la salida (8) de biogás;

un conducto (28) de aire limpio, que puede conectarse con la entrada (24) de gas de purgado;

un dispositivo (30) de control para la conexión de la salida (8) de biogás con el conducto (12) de biogás o con la chimenea (20) de biogás de escape a través del primer conducto (14) de biogás/gas de escape o con la antorcha (22) de gas de escape a través del segundo conducto (16) de biogás/gas de escape y para la conexión de la entrada (24) de gas de purgado con el conducto (26) de gas de escape o con el conducto (28) de aire limpio; y

un dispositivo (32, 34) de medición, que está conectado con el dispositivo (30) de control y comprende un primer sensor (32) de medición para la detección de la concentración de metano y un segundo sensor (34) de medición para la detección de la concentración de dióxido de carbono en la mezcla de gas que sale del al menos un fermentador (2).

2. Instalación de biogás según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo (32, 34) de medición está dispuesto en la salida (8) de biogás.

3. Instalación de biogás según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está prevista una pluralidad de fermentadores (2-i), cuyas salidas (8-i) de biogás desembocan en el conducto (12) de biogás común y porque el primer sensor de medición para la detección de la concentración de metano está dispuesto en el conducto de biogás común.

4. Instalación de biogás según la reivindicación 3, caracterizada porque las salidas (8-i) de biogás pueden conectarse selectivamente a través de un conducto (40) de biogás/gas de escape común con la chimenea (20) de gas de escape o la antorcha (22) de gas de escape y porque el segundo sensor de medición para la detección de la concentración de dióxido de carbono está dispuesto en el conducto de biogás/gas de escape común.

5. Instalación de biogás según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el conducto (26) de gas de escape alimenta gas de escape desde un motor de combustión interna.

6. Instalación de biogás según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el conducto (12) de biogás establece la conexión con un dispositivo de aprovechamiento de biogás, que genera gas de escape con contenido en dióxido de carbono.

7. Instalación de biogás según la reivindicación 5, caracterizada porque el dispositivo de aprovechamiento de biogás comprende una planta (18) de cogeneración.

8. Instalación de biogás según la reivindicación 5, caracterizada porque el dispositivo de aprovechamiento de biogás comprende una pila de combustible.

9. Instalación de biogás según la reivindicación 5, caracterizada porque el dispositivo de aprovechamiento de biogás comprende un dispositivo (44) de tratamiento de gas.

10. Procedimiento para apagar un fermentador en una instalación de biogás según una de las reivindicaciones anteriores con las etapas de procedimiento:

a) mantener la conexión entre la salida (8) de biogás y el conducto (12) de biogás;

b) conectar el conducto (26) de gas de escape con la entrada (24) de gas de purgado del fermentador (2) que va a apagarse;

c) purgar el fermentador (2) que va a apagarse con gas de escape desde el conducto (26) de gas de escape hasta que la concentración de metano detectada por el primer sensor (32) de medición haya disminuido hasta un valor umbral superior;

d) separar el conducto (12) de biogás de la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a apagarse;

e) conectar la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a apagarse con el primer conducto (14) de biogás/gas de escape y alimentar la mezcla de gas de escape/biogás a la chimenea (20) de biogás de escape hasta que la concentración de metano detectada por el primer sensor (32) de medición haya disminuido hasta un valor umbral inferior;

f) separar el conducto (26) de gas de escape de la entrada (24) de gas de purgado del fermentador (2) que va a apagarse;

g) conectar el conducto (28) de aire limpio con la entrada (24) de gas de purgado del fermentador (2) que va a apagarse y alimentar aire limpio al interior del fermentador (2) que va a apagarse hasta que la concentración de dióxido de carbono detectada por el segundo sensor (34) de medición haya disminuido hasta un primer valor umbral; y

h) abrir la abertura (4) de carga y descarga del fermentador (2) apagado.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque entre la etapa de procedimiento d) y la etapa de procedimiento e) se realizan las siguientes etapas de procedimiento:

d1) conectar la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a apagarse con el segundo conducto (16) de biogás/gas de escape y alimentar la mezcla de gas de escape/biogás a la antorcha (22) de gas de escape hasta que la concentración de metano detectada por el primer sensor (32) de medición haya disminuido hasta un valor umbral medio que se sitúa entre los valores umbral superior e inferior; y

d2) separar la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a apagarse del segundo conducto (16) de biogás/gas de escape.

12. Procedimiento según la reivindicación 10 u 11, caracterizado además por las etapas de procedimiento:

i) conectar el conducto (28) de aire limpio con la entrada (24) de gas de purgado y/o la salida (8) de biogás; y

j) alimentar aire limpio al interior del fermentador (2) apagado a través de la abertura (4) de carga y descarga mediante evacuación por aspiración a través de la entrada (24) de gas de purgado y/o la salida (8) de biogás durante la descarga y carga del fermentador (2) apagado.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque durante la etapa de procedimiento j) se monitoriza el caudal de la mezcla de aire/biogás/gas de escape evacuada por aspiración a través de la entrada (24) de purgado y/o la salida (8) de biogás mediante el dispositivo (30) de control.

14. Procedimiento para arrancar un fermentador (2) recién cargado con biomasa según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, con las etapas de procedimiento:

a) cerrar la abertura (4) de carga y descarga;

b) conectar la salida (8) de biogás con el primer conducto (14) de biogás/gas de escape;

c) conectar el conducto (26) de gas de escape con la entrada (24) de gas de purgado del fermentador (2) que va a arrancarse y alimentar con gas de escape el fermentador (2) que va a arrancarse hasta que la concentración de dióxido de carbono detectada por el segundo sensor (34) de medición alcance un segundo valor umbral;

d) separar el conducto (26) de gas de escape de la entrada (24) de gas de purgado;

e) separar el primer conducto (14) de biogás/gas de escape de la salida (8) de biogás;

f) conectar el conducto (12) de biogás con la salida (8) de biogás.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la etapa de procedimiento f) se realiza cuando la concentración de metano detectada por el primer o cuarto sensor (32; 50) de medición supera un cuarto valor umbral.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el cuarto valor umbral de la concentración de metano es igual al valor umbral superior de la concentración de metano.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 10 a 16, caracterizado porque el conducto (26) de gas de escape se conecta con el tubo de escape de un motor de combustión interna.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 10 a 16, caracterizado porque el conducto (26) de gas de escape está conectado con el tubo de escape de un dispositivo de tratamiento de biogás que genera gas de escape con contenido en dióxido de carbono.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 10 a 16, caracterizado porque el conducto (26) de gas de escape está conectado con el tubo de escape de una pila de combustible.