Procedimiento de agitado mediante la presión generada por la digestión anaerobia de fluidos orgánicos y biodigestor concebido para ello.

Procedimiento de agitado mediante la presión generada por la digestión anaerobia de fluidos orgánicos y biodigestor concebido para ello.

El biodigestor de la invención se caracteriza por estar constituido por dos cámaras de dimensión, forma y características estructurales idénticas; un conjunto de tuberías perforadas que comunican distintos niveles de ambas cámaras; un conjunto de láminas inclinadas con relieve en varios niveles y una instalación de drenado basada en el uso de un sistema hidrociclón.

El procedimiento se caracteriza porque se agita el fluido orgánico contenido en el biodigestor de la invención, alterando el contenido de biogás de las cámaras que lo constituyen mediante dos técnicas alternativas:

a) La incorporación de fluido orgánico fresco a una de las cámaras con cierre de válvula de gas de conexión entre cámaras.

b) La exportación del gas de fermentación producido en una de las cámaras con cierre de válvula de gas de conexión entre cámaras.

La agitación se produce cuando aparece una diferencia suficiente de niveles entre las cámaras y se abre la válvula de presión que las conecta.

PROCEDIMIENTO DE AGITADO MEDIANTE LA PRESIÓN GENERADA POR LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE FLUIDOS ORGANICOS Y BIODIGESTOR

CONCEBIDO PARA ELLO

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

El biogás es una mezcla de gases generada a través de descomposición microbiana de sustancias orgánicas en un ambiente anaeróbico y que está compuesto por entre 50 y 70% de metano (CEU).

Otros componentes del biogás son entre un 30 a 40% de dióxido de carbono (C02), junto con trazas de ácido sulfhídrico, nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono.

Debido a su alto contenido energético, el biogás puede utilizarse como portador de energía para la obtención de agua caliente y energía eléctrica.

El valor calorífico promedio del biogás es del orden de las 6.000 kcal/m3 (= 25.000 kJ/m3). Por lo tanto, un m3de biogás equivale a, aproximadamente, 0,61 de petróleo para calefacción.

Para generar biogás, se utilizan recipientes donde se produce una fermentación anaerobia en ausencia de oxígeno. El biogás resultante de la fermentación se consume en calderas o motores para generar electricidad y otros subproductos como pueden ser agua caliente o fertilizantes orgánicos para su utilización en agricultura.

Cualquier tipo de biomasa puede ser utilizada como materia prima para producir biogás, siempre y cuando sus principales componentes sean hidratos de carbono, proteínas, grasas y celulosa y un porcentaje suficiente de agua que puede oscilar entre el 85 y el 95% de la mezcla o fluido orgánico. La diferente proporción de los distintos componentes será la que va a condicionar la duración de la digestión anaeróbica, la producción de biogás y la composición de los subproductos resultantes de la fermentación.

Los fluidos orgánicos que pueden utilizarse para la producción de biogás proceden, generalmente, de productos residuales o subproductos de distintos sectores industriales u otras actividades. De la agricultura se pueden aprovechar, por ejemplo, estiércol líquido y sólido, residuos resultantes de producción de plantas, pero también plantas especialmente cultivadas para este fin. También pueden utilizarse residuos vegetales provenientes de fábricas de cerveza y de la industria procesadora de verduras, junto con fango orgánico y efluentes de procesos industriales. Así mismo, también es posible utilizar productos de origen animal o aquellos provenientes de basureros municipales.

Existen en el mercado otros diseños de biodigestor basados en depósitos con una única cámara. Las características más habituales de este tipo de diseños son:

- Escalabilidad muv limitada. La mayoría de los diseños de Biodigestor tiene un umbral

mínimo y máximo de volumen utilizable para la fermentación, que está condicionado por la rentabilidad y eficiencia energética de la instalación en la que se incluye. Así mismo, no es sencillo ampliar la capacidad de fermentación cuando se produce un incremento de la producción de biomasa fermenta ble, ya sea debido a una mayor producción puntual en 5 algún periodo del año o a una mejora en el procedimiento de recogida que suponga una mayor disponibilidad de fluido orgánico para fermentar.

- Agitación de la mezcla por medios mecánicos con objeto de incrementar la producción de gases y reducir la concentración de inhibidores, es frecuente que se utilicen medios mecánicos para la agitación de la mezcla en muchos biodigestores presentes en el

mercado. El objetivo de esta operación de agitación es facilitar el contacto entre los microrganismos que producen el biogás y el substrato que necesitan para seguir viviendo. Sin embargo, la utilización de medios mecánicos también supone un consumo de energía que hay que descontar de la obtenida a partir del biogás y, además, se requiere de un mantenimiento periódico como consecuencia del desgaste natural de ios medios 15 mecánicos, con el consiguiente incremento en los costes operativos de la instalación.

- Sedimentación en la base del biodigestor: Durante el proceso de fermentación el fluido orgánico se va descomponiendo por la acción de los microrganismos presentes en la mezcla hasta que llega el momento en que no pueden ser digeridos o utilizados. El producto final de la degradación microbiana puede permanecer disuelto en la fracción

liquida del substrato o bien precipitar en el fondo del biodigestor. Por otra parte, es muy habitual que el material orgánico base de fermentación se encuentre contaminado con materiales insolubles como gravas, arenas o arcillas que, en cualquier caso, van a sedimentar en la base del biodigestor. La deposición de material precipitado en el fondo del depósito va a implicar la necesidad de realizar un plan de limpiezas periódicas del 25 biodigestor con objeto de evitar la colmatación del mismo y mantener un volumen utilizable adecuado para la fermentación.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento e instalación para la

obtención de biogás a partir de la fermentación de fluidos orgánicos con beneficios adicionales 30 referidos a:

Una significativa reducción del aporte energético externo para realizar la agitación de la mezcla

- Una mejora en el control de la sedimentación de los subproductos resultantes de la fermentación.

- Una disposición modular de sus componentes que facilita la adición de mejoras e

innovaciones.

Un amplio abanico de posibilidades de montaje de la instalación en diferentes dimensiones y medidas.

De acuerdo con este objetivo, según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para la agitación del fluido orgánico fermentable en un ciclo continuo de oscilación y mezclado basado en la regulación de la presión del biogás existente en la instalación. La regulación de la presión de biogás se realiza mediante dos procedimientos alternativos que pueden usarse de forma independiente o de forma combinada en un mismo ciclo de oscilación y mezclado. Los dos procedimientos son los siguientes:

a) Adición de fluido orgánico fresco a una de las dos cámaras del biodigestor, con varías consecuencias:

i. Incremento de la producción de biogás.

ii. Incremento de la presión de gas que desplaza hacia abajo el nivel de fluido orgánico de la cámara a la que se ha añadido fluido orgánico fresco.

iii. Desplazamiento hacia arriba del nivel de fluido orgánico de la cámara a la que no se ha añadido fluido orgánico fresco.

b) Exportación de biogás de una de las dos cámaras del biodigestor a una instalación de almacenamiento externo, con varías consecuencias.

i. Reducción de la presión de gas de la cámara donante que desplaza hacia arriba su nivel de fluido orgánico.

ii. Desplazamiento hacia abajo del nivel de fluido orgánico de la cámara que no ha exportado gas.

La secuencia de utilización de las dos cámaras de la instalación va a depender del tipo de fluido orgánico de que se trate, de la intensidad de la mezcla de fluidos orgánicos fermentables producida durante la fase de oscilación y mezclado, del nivel de fluido orgánico en reposo cuando ha finalizado la agitación e, incluso, de la programación de ciclos de oscilación y mezclado que pueda tener lugar bajo criterio del operador de la instalación.

El consumo energético del procedimiento de agitación descrito va a ser significativamente inferior al que tiene lugar en instalaciones de producción de biogás que utilizan agitadores mecánicos incorporados en su interior. Esto se debe a que la presente invención no requiere del uso de agitadores mecánicos consumidores de energía y a que solo se consume la energía necesaria para hacer funcionar los dispositivos de regulación y control.

Adicionalmente y de acuerdo con el objetivo señalado, según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para la separación de los productos residuales resultantes de la fermentación en distintos subproductos. Para realizar la

separación se utiliza la energía potencial de la columna de fluido orgánico en fermentación en una instalación externa compuesta por uno o más hidrociclones.

De acuerdo con el mismo objetivo, según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona una instalación en la que tiene lugar el procedimiento de agitado de los fluidos orgánicos fermentables y el procedimiento de separación de los productos residuales resultantes de la fermentación, conforme a los aspectos mencionados previamente. La instalación está constituida por un conjunto de subsistemas componentes que le otorgan modularidad y que la proveen de su capacidad para llevar a cabo los...

1. Biodigestor constituido por un Subsistema Recipiente compuesto de dos cámaras (1), cerradas y aisladas del exterior, de dimensión, forma y características estructurales idénticas, que se encuentran conectadas mediante un Subsistema de Presión que contiene 5 una válvula de control de presión (3) que las une y una válvula de purgado de gas (4) para cada cámara; un Subsistema de Mezclado que consta de una serie laminas horizontales Indinadas (18) con relieve en su parte superior e inferior, una sección de intercambio (15) que conecta ambas cámaras (1), una serie de tuberías horizontales perforadas (16) en su parte inferior unidas a tuberías verticales de conexión (17) que comunican ambas cámaras

a distintas cotas; un Subsistema de alimentación constituido por dos grupos de alimentadores, uno por cada cámara, de substrato líquido (6), alimentadores de substrato solidos (7) y alimentadores para añadir aditivos o enmiendas (8) por debajo del nivel existente de fluido orgánico y un Subsistema de drenado que consta de una tubería de drenado (9) y una válvula de drenado (10) que conecta con el exterior.

2. Biodigestor según la reivindicación 1, caracterizada porque su Subsistema de Drenado está

unido o se conecta al subsistema de Desfangado que consta de un sistema hidrocldón (11) compuesto por uno o varios hidrociclones, una tubería de evacuación de fangos espesos (12), otra tubería de evacuación de fangos fluidos (13) y una bomba de impulsión (14) para aumentar la presión de entrada al sistema hidrociclón (11).

3. Procedimiento de agitado, según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza la

presión generada por la digestión anaeróbica de fluidos orgánicos que comprende las etapas de:

a. Adición de fluido orgánico fresco y/o purgado de gas de fermentación en una de las dos cámaras (1), manteniendo cerrada la válvula de conexión de gas que las

conecta hasta obtener una variación de alturas entre ambas.

b. Apertura de la válvula de conexión de gas entre cámaras hasta que ambas igualan su altura.

c. Drenado de fluido orgánico digerido.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la aportación de fluido

orgánico fresco de la etapa a) para que se inicie el cido de agitado, se realiza en una de las

cámaras y no en la otra.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el purgado de gas de fermentación de la etapa a) para que se inicie el ciclo de agitado, se realiza en una de las cámaras y no en la otra.

6. Procedimiento según la retvindicadón 3, caracterizado porque se realiza un

fraccionamiento o separación en diferente proporción de los residuos orgánicos ubicados en el fondo de las cámaras (X) mediante un subsistema hidrociclón (11).