PROCEDIMIENTO E INSTALACIÓN PARA LA PURIFICACIÓN DE BOIGÁS PARA LA OBTENCIÓN DE METANO.

Procedimiento para la purificación de biogás para la obtención de metano,

donde los componentes contenidos en el biogás, como dióxido de carbono, compuestos sulfúricos, amoníaco y otras sustancias hidrosolubles, se separan en un proceso de purificación de varias etapas, caracterizado por el hecho de que el proceso de purificación se lleva a cabo en al menos tres etapas de purificación que se suceden directamente las unas a las otras y con utilización de agua dulce sin aditivos conducida en circuito, donde

a) el biogás (gas bruto) a purificar extraído de una planta de biogás atraviesa como primera etapa de purificación bajo presión normal o con un exceso de presión de hasta 6 bar, una columna de lavado (K1) con carga de cuerpos de llenado, en contraflujo al agua dulce suministrada, y en el agua dulce se ligan dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y otras sustancias hidrosolubles orgánicas contenidas en el gas bruto, y en el cabezal de la columna de lavado (K1) se extrae gas metano con un contenido de metano de al menos un 65%,

b) del agua de lavado contaminada separada en la fase de lavado (K1), se separa el metano disuelto en el agua de lavado casi completamente (al menos en un 90%) de ésta, en una primera columna de separación (K2) con carga de cuerpos de llenado o relleno, con suministro de aire de separación o aire de separación y oxígeno en una cantidad de 0,5 a 10%, referido a la cantidad de biogás suministrado (gas bruto), bajo presión normal, en principio de contraflujo, a temperaturas de hasta 60 °C, y produciendo un gas de separación con oxígeno en calidad de gas combustible, y

c) el dióxido de carbono disuelto en el agua de lavado contaminada separada en la primera columna de separación (K2) se separa hasta un contenido restante por debajo de 200 mg/l en una segunda columna de separación (K3) con carga de cuerpos de llenado o relleno, con suministro de aire de separación en una cantidad de al menos 25%, referido a la cantidad de biogás suministrado (gas bruto), bajo presión normal, en principio de contraflujo, el agua de lavado purificada se suministra a la fase de lavado (K1) y el gas de escape se descarga.

Procedimiento e instalación para la purificación de biogás para la obtención de metano [0001] La invención se refiere a un procedimiento para la purificación de biogás para la obtención de metano, donde los componentes contenidos en el biogás, como dióxido de carbono, compuestos sulfúricos, amoníaco, se separan en varias fases de procedimiento diferentes, así como una instalación adecuada para la ejecución del procedimiento.

El biogás se forma por fermentación anaerobia (sin oxígeno) de material orgánico y se utiliza como fuente de energía renovable. En dependencia de las respectivas sustancias iniciales, como p.ej. lodo de depuración, estiércol líquido, estiércol, residuos de procedencia vegetal o animal, materias primas biológicas, se distingue en gas de depuración, gas de fermentación, gas de vertedero y biogás.

Bajo biogás deben ser entendidos a continuación todos los gases previamente citados.

Los biogases contienen como componentes principales metano y dióxido de carbono, así como otros componentes adicionales, como nitrógeno, compuestos sulfúricos, oxígeno, hidrógeno y amoníaco. Para el uso subsiguiente del metano contenido en el biogás, es por lo tanto necesario tratar el biogás en varias etapas, para separar los componentes no deseados. Fases de procedimiento habituales de por sí, que se realizan generalmente de manera separada, son la deshumidificación (separación de agua) , desulfuración, separación de dióxido de carbono y amoníaco.

Para la desulfuración son conocidos procedimientos biológicos (con utilización de microorganismos) , así como procedimientos químicos de adsorción, donde el sulfuro de hidrógeno es traspuesto por vías diferentes en azufre elemental.

La separación de dióxido de carbono, así como cantidades más pequeñas de sulfuro de hidrógeno se realiza p.ej. mediante lavado con agua a presión, procedimiento de membrana, proceso-Selexol (bajo presión alta) , adsorción de cambio de presión o lavado de aminas por vía física o química. Algunos de estos procedimientos permiten además la separación adicional de agua o amoníaco.

La mayoría de los procedimientos previamente citados consumen mucha energía y conducen a pérdidas de metano.

En el lavado con agua a presión y la adsorción de cambio de presión se presentan pérdidas de metano relativamente altas, que son de aprox. 2 hasta 5% del metano contenido en el biogás. A esto se añade, que este metano existe en el dióxido de carbono separado y por consiguiente en las concentraciones pequeñas sólo es aprovechable como combustible mediante una calefacción adicional. En la adsorción de cambio de presión se produce además condicionada por el sistema, la emisión de metano con oscilaciones fuertes y requiere un alisado. Además, el gas bruto sólo puede presentar una concentración de+S muy baja y requiere una eliminación costosa del carbón activado empleado.

Un lavado con una solución de lavado, como p.ej. un lavado de aminas, solo es justificable económicamente cuando la solución de lavado contaminada es nuevamente regenerada.

Del documento DE 10 200 051 952 B3 se conoce un procedimiento para la producción de metano y dióxido de carbono líquido de gas de refinería y/o biogás. El gas bruto se depura en una fase previa (eliminación de impurezas como 1+, +62, +S, y COS) y a continuación se suministra a una columna de absorción, en la que con una presión de preferiblemente 5 hasta 30 bar con aplicación de una solución de lavado con aminas el dióxido de carbono contenido en el gas bruto se liga en la solución de lavado. El gas purificado producido contiene aprox. 98 % Vol. de metano y se puede conducir a una reutilización directa. La solución de lavado contaminada se prepara regenerativamente bajo presión y con temperaturas elevadas (180 hasta 230 º C) en una columna de desorción.

El modo de procedimiento bajo presión requiere un alto coste de maquinaria.

Del documento WO 2008/034473 A1 se conoce un procedimiento para la separación de metano y dióxido de carbono de biogás, que permite una eliminación sin presión de dióxido de carbono y donde se produce metano con una pureza superior a 99, 5 %.

Del documento DE 203 00 663 U1 se conoce una planta de purificación de biogás que presenta una columna de adsorción y una columna de desorción conectada posteriormente. Se utiliza un receptáculo de flash se usa para recuperar el metano ligado del liquido de adsorción.

Como en todos los lavados de aminas, para la regeneración de la solución de lavado se consume una energía relativamente alta, que se encuentra en el área de 0, 5 a 0, 8 kWh/1P de biogás.

La invención se basa la tarea de proporcionar un procedimiento para la purificación de biogás para la obtención de metano, que se caracteriza por un consumo energético bajo y permite un aumento del contenido de metano de al menos 10%, con escasas pérdidas de metano. Además debe proporcionarse una instalación adecuada para la realización del procedimiento.

Según la invención la tarea se soluciona por las características indicadas en la reivindicación 1. Formas de realización ventajosas del modo de procedimiento son objeto de las reivindicaciones 2 hasta 11. Las características de una instalación adecuada para la ejecución del procedimiento se indican en reivindicación 12. Formas de realización ventajosas de esta instalación son objeto de las reivindicaciones 12 hasta 15.

Según el modo de procedimiento propuesto el proceso de purificación se realiza en al menos tres etapas de purificación que se llevan a cabo directamente una tras otra y con utilización de agua dulce sin aditivos conducida en circuito cerrado. Como agua dulce se puede utilizar agua de la red de suministro local o agua de fuente o agua de lluvia purificada. El agua utilizada no contiene aditivos. Las tres etapas de purificación absolutamente necesarias son las siguientes:

El biogás (gas bruto) a purificar conducido desde una planta de biogás u otra instalación, p.ej. para gas de fermentación, gas de depuración o gas de vertedero, atraviesa bajo presión normal o con una sobrepresión de hasta 6 bar una columna de lavado con carga de cuerpos de llenado en contraflujo al agua dulce suministrada. Con ello en el agua dulce son ligados dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, y otras sustancias orgánicas hidrosolubles contenidas en el gas bruto. En la cabeza de la columna de lavado se extrae gas metano con un contenido de metano de al menos 65 %.

Este lavado de gas se realiza en el caso normal bajo presión normal. En casos excepcionales sin embargo, también se puede trabajar con sobrepresiones de hasta 3 o 4 la más alta sin embargo 6 bar. Con una presión más alta se disuelve una cantidad más grande de dióxido de carbono en el agua de lavado, a 3 bar, 3 veces más. De tal modo es necesaria una cantidad de agua de lavado menor alrededor del factor 3 y la columna de lavado puede ser construida de tamaño menor debido al volumen de gas menor. Todos los procedimientos de lavado de gas a presión convencionales necesitan una presión superior a 6 bar, para obtener concentraciones de metano de forma económica de más de 96 % Vol. Una presión más alta conduce sin embargo a un consumo energético claramente más alto, puesto que posteriormente debe ser expandido de nuevo. Además se dan pérdidas de metano más altas.

Esenciales para una realización exitosa del procedimiento son las dos etapas de purificación posteriores mediante columnas de separación. En un primera columna de separación con carga de cuerpos de llenado o relleno, el agua de lavado contaminada extraída de la fase de lavado es depurada con suministro de aire de separación o aire de separación y oxígeno en una cantidad de 0, 1 a 10%, referido a la cantidad de biogás suministrado (gas bruto) , bajo presión normal, en principio de contraflujo, a temperaturas de hasta 60 º C, donde el metano disuelto en el agua de lavado se separa casi completamente (al menos 90 %) de éste. Con ello se obtiene como gas de escape un gas deseparación con oxígeno en calidad de gas combustible. Éste puede ser reconducido al fermentador de la planta de biogás o suministrado al flujo de gas de metano separado en la fase de lavado para el enriquecimiento del contenido de metano o ser utilizado como gas combustible.

Preferiblemente la primera columna de separación puede estar configurada también en dos fases, donde en la primera... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la purificación de biogás para la obtención de metano, donde los componentes contenidos en el biogás, como dióxido de carbono, compuestos sulfúricos, amoníaco y otras sustancias hidrosolubles, se separan en un proceso de purificación de varias etapas, caracterizado por el hecho de que el proceso de purificación se lleva a cabo en al menos tres etapas de purificación que se suceden directamente las unas a las otras y con utilización de agua dulce sin aditivos conducida en circuito, donde

a) el biogás (gas bruto) a purificar extraído de una planta de biogás atraviesa como primera etapa de purificación bajo presión normal o con un exceso de presión de hasta 6 bar, una columna de lavado (K1) con carga de cuerpos de llenado, en contraflujo al agua dulce suministrada, y en el agua dulce se ligan dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y otras sustancias hidrosolubles orgánicas contenidas en el gas bruto, y en el cabezal de la columna de lavado (K1) se extrae gas metano con un contenido de metano de al menos un 65%, b) del agua de lavado contaminada separada en la fase de lavado (K1) , se separa el metano disuelto en el agua de lavado casi completamente (al menos en un 90%) de ésta, en una primera columna de separación (K2) con carga de cuerpos de llenado o relleno, con suministro de aire de separación o aire de separación y oxígeno en una cantidad de 0, 5 a 10%, referido a la cantidad de biogás suministrado (gas bruto) , bajo presión normal, en principio de contraflujo, a temperaturas de hasta 60 º C, y produciendo un gas de separación con oxígeno en calidad de gas combustible, y c) el dióxido de carbono disuelto en el agua de lavado contaminada separada en la primera columna de separación (K2) se separa hasta un contenido restante por debajo de 200 mg/l en una segunda columna de separación (K3) con carga de cuerpos de llenado o relleno, con suministro de aire de separación en una cantidad de al menos 25%, referido a la cantidad de biogás suministrado (gas bruto) , bajo presión normal, en principio de contraflujo, el agua de lavado purificada se suministra a la fase de lavado (K1) y el gas de escape se descarga.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el agua dulce conducida en circuito presenta una temperatura de hasta 65 º C.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el gas de separación (gas de escape) extraído de la primera columna de separación (K2) , o se reconduce al fermentador de la planta de biogás, o se suministra al flujo de gas metano separado en la primera fase de lavado, o se utiliza como gas combustible,

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por el hecho de que la primera columna de separación (K2) para la separación de metano del agua de lavado contaminada, está configurada en dos fases, donde en la primera fase se suministra oxígeno y en la segunda fase se suministra aire de separación, o en orden inverso, y se obtienen dos gases combustibles diferentes con contenidos de oxígeno diferentes.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el gas combustible rico en oxígeno se utiliza como fuente de oxígeno para una desulfuración biológica del biogás.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado por el hecho de que el gas metano extraído en la columna de lavado (K1) se suministra individualmente o junto con el gas de separación extraído de la primera columna de separación (K2) a otra etapa del procedimiento para el aumento del contenido de metano.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado por el hecho de que el biogás suministrado se ajusta antes de conducirse a la fase de lavado (K1) a un contenido de azufre de < 5 ppm.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado por el hecho de que después de un periodo determinado de funcionamiento, con un enriquecimiento del contenido de azufre en el agua de lavado contaminada extraída de la fase de lavado (K1) superior a 50 ppm, el agua de lavado conducida en circuito se sustituye en parte o completamente por agua dulce.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizado por el hecho de que se saca del circuito una cantidad parcial del agua de lavado extraída del fondo de la segunda columna de separación (K3) , se le añade un medio de reacción aglutinante de sulfuro de hidrógeno, y después del precipitado del sulfuro de azufre el agua de lavado se reconduce nuevamente al circuito.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado por el hecho de que la eficiencia de separación para el dióxido de carbono disuelto en el agua de lavado es ajustable por medio de los parámetros cantidad de agua de lavado/h y temperatura del agua de lavado en la columna de lavado (K1) , donde una cantidad de agua de lavado más alta y una temperatura del agua de lavado más baja conducen a una eficiencia de separación más alta.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado por el hecho de que el biogás purificado extraído de la columna de lavado (K1) se conduce directamente al fermentador de la planta de biogás para aumentar la concentración de metano y la capacidad de almacenamiento del biogás en el fermentador.

12. Instalación para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 10, consistente en una columna de lavado (K1) configurada como depuradora de gas para la separación de componentes contenidos en el biogás, como dióxido de carbono, compuestos sulfúricos, amoníaco y otras sustancias solubles en agua, mediante agua de lavado, una primera columna de separación (K2) para la eliminación de metano disuelto en el agua de lavado contaminada y una segunda columna de separación (K3) para la eliminación de dióxido de carbono del agua de lavado contaminada que se produce en el fondo de la primera columna de separación, donde la columna de lavado y las dos columnas de separación están conectadas en serie y la columna de lavado (K1) contiene una carga de cuerpos de

llenado o relleno con una superficie de 300 hasta 900 mP/P y una altura de carga de 2 hasta 16 m, la primera columna de separación (K2) una carga de cuerpos de llenado o relleno con una superficie de 350 hasta 900mP/P y una altura de carga de 1 hasta 4 m y la segunda columna de separación (K3) una carga de cuerpos de llenado o relleno con una superficie de 100 hasta 300 mP /Py una altura de carga de 1 hasta 10 m, y el fondo de la segunda columna de separación (K2) se conecta a través de una conducción que conduce agua de lavado (04) con el cabezal de la columna de lavado (K1) , donde en la conducción de circulación (04) hay insertada una bomba (P1) .

13. Instalación según la reivindicación 12, caracterizada por el hecho de que la columna de lavado (K1) y ambas columnas de separación (K2, K3) muestran con un mismo diámetro de columna diferentes alturas de carga de cuerpos de llenado, donde las proporciones de las alturas de carga de primera fase de lavado (K1) :primera columna de separación (K2) :segunda columna de separación (K3) son de 3:1:2 hasta 3:0, 5:1.

14. Instalación según una de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizada por el hecho de que la proporción de las superficies de cuerpos de llenado primera columna de separación (K2) :segunda columna de separación (K3) es de 1:0, 2 hasta 1:0, 8, preferiblemente 1:0, 5.

15. Instalación según una de las reivindicaciones 12 hasta 14, caracterizada por el hecho de que la primera columna de separación (K2) se divide en dos secciones de columnas (K2A, K2B) , donde cada sección de columna (K2A, K2B) se equipa con una carga de cuerpos de llenado o relleno y la sección de columna superior (K2A) está conectada con una conducción suministradora de oxígeno (09b) y la sección de columna inferior (K2B) está conectada con una conducción suministradora de aire (09a) .