Instalación combinada para la generación de biogás y compost así como procedimiento para cambiar un fermentador en una instalación de este tipo entre generación de biogás y compostaje.

Instalación combinada para la generación de biogás y compost, con

al menos un fermentador (2) que funciona según el principio de la fermentación en seco para la generación de biogás en funcionamiento discontinuo con una placa de fondo en la que están previstos canales (52) de gas de purgado, una salida (8) de biogás, una primera entrada (24) de gas de purgado y una segunda entrada (25) de gas de purgado, que está conectada con los canales (52) 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 por medio del cual puede alimentarse gas de escape con contenido en dióxido de carbono a la al menos una entrada (24, 25) 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;

4e 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 al menos una entrada (24, 25) de gas de purgado;

un dispositivo (30) de control para conectar 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 conectar la entrada (24, 25) 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 presenta 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 gases que sale del al menos un fermentador (2).

Instalación combinada para la generación de biogás y compost así como procedimiento para cambiar un fermentador en una instalación de este tipo entre generación de biogás y compostaje.

La invención se refiere a una instalación combinada para la generación de biogás y compost a partir de biomasa con al menos un fermentador según el principio de la fermentación en seco según la reivindicación 1, así como a un procedimiento para cambiar un fermentador en una instalación de este tipo entre generación de biogás y compostaje según la reivindicación 13.

La denominada “fermentación en seco” 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 en seco 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 lugar de esto, 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 para 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 fermentador en forma de un garaje prefabricado, que se hace funcionar según el principio de la fermentación en seco 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 del 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, la regulación de la temperatura 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 en seco se hacen funcionar varios depósitos de fermentación con un retardo 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 continuación a un compostaje, de modo que se produce un abono orgánico comparable con compost convencionales.

Los fermentadores de este tipo para la generación de biogás según el principio de la fermentación en seco se conocen también por el documento DE 203 19 847 U1 y el documento EP 1 681 274 A2. Por el documento DE 34 38 057 A1 se conoce realizar la fermentación en una instalación de biogás y someter a continuación a compostaje la biomasa consumida.

Debido al funcionamiento discontinuo deben apagarse de vez en cuando los fermentadores individuales, es decir tras haber hecho reaccionar completamente de manera anaeróbica la biomasa situada en el fermentador, es decir, debe detenerse la producción de biogás, debe extraerse la biomasa fermentada del respectivo fermentador, debe introducirse biomasa nueva en el fermentador y debe reanudarse la producción de biogás. A este respecto resulta desventajoso que por motivos de seguridad debe evitarse 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 B 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. A continuación puede extraerse la biomasa fermentada sin peligro del fermentador y alimentarse a una instalación de compostaje. Por el documento EP 1 997 875 A1 publicado posteriormente se conoce una instalación de biogás convencional, en la que el fermentador se purga en primer lugar con gas de escape con contenido en dióxido de carbono durante la carga y descarga.

Es por tanto el objetivo de la presente invención perfeccionar una instalación de biogás, tal como se conoce por el documento EP 1301583 B de tal manera que se simplifique el compostaje posterior de la biomasa consumida.

La solución de este objetivo se realiza mediante las características de las reivindicaciones 1 y 12.

Debido a que la biomasa consumida se somete a compostaje en el fermentador mediante el cambio de fermentación anaeróbica a compostaje aeróbico, resulta superfluo cambiar la biomasa consumida a un compostador separado. La instalación combinada según la reivindicación 1 comprende los componentes necesarios para posibilitar un cambio, apagado y descarga seguros e igualmente un arranque seguro de un fermentador. El fermentador según la invención está configurado de tal manera que todo el proceso de fermentación, que se compone de una fermentación anaeróbica y un compostaje aeróbico, puede tener lugar en el mismo, antes de que deba llevarse a cabo una extracción de la biomasa consumida y una nueva carga del fermentador con biomasa nueva. Para ello, en la placa de fondo del fermentador están previstos canales de gas de purgado, que se conectan con una segunda entrada de gas de purgado.

Según una configuración preferida de la invención según la reivindicación 10, en la zona por encima de la biomasa en los fermentadores desemboca una primera entrada de gas de purgado.

Según una configuración preferida de la invención según la reivindicación 11, los canales de gas de purgado están diseñados para evacuar líquidos de rezumado que salen de la biomasa durante la generación de biogás.

Mediante las medidas según la reivindicación 12 se mantiene la producción y el aprovechamiento de biogás también durante la finalización del proceso de fermentación mediante 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 sigue alimentándose a la instalación consumidora de biogás hasta que la calidad de esta mezcla disminuya por debajo de un grado predeterminado, antes de que entonces se cambie el fermentador para el compostaje de la biomasa fermentada contenida en el mismo. 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 se purga el fermentador, 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 aire 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 cambia el fermentador al compostaje. Tras finalizar la operación de compostaje puede abrirse el fermentador para descargar la biomasa consumida y para cargar de nuevo el fermentador con biomasa nueva. Mediante el compostaje posterior a la fermentación es posible sin riesgo la apertura para descargar y cargar de nuevo el fermentador.

Según una configuración preferida de la invención según la reivindicación 13, la mezcla de biogás/gas de escape al alcanzar el valor umbral superior de la concentración de metano no se emite al entorno 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,... [Seguir leyendo]

1. Instalación combinada para la generación de biogás y compost, con al menos un fermentador (2) que funciona según el principio de la fermentación en seco para la generación de biogás en funcionamiento discontinuo con una placa de fondo en la que están previstos canales (52) de gas de purgado, una salida (8) de biogás, una primera entrada (24) de gas de purgado y una segunda entrada (25) de gas de purgado, que está conectada con los canales (52) 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 por medio del cual puede alimentarse gas de escape con contenido en dióxido de carbono a la al menos una entrada (24, 25) 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;

4e 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 al menos una entrada (24, 25) de gas de purgado;

un dispositivo (30) de control para conectar 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 conectar la entrada (24, 25) 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 presenta 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 gases que sale del al menos un fermentador (2) .

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

3. Instalación combinada según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque están previstos 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 combinada según la reivindicación 3, caracterizada porque las salidas (8-i) de biogás pueden conectarse de manera selectiva 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 (40) de biogás/gas de escape común.

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

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

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

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

10. Instalación combinada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la primera entrada (24) de gas de purgado desemboca en la zona por encima de la biomasa (6) en el fermentador (2) .

11. Instalación combinada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los canales (52) de gas de purgado están diseñados para evacuar líquidos de rezumado que salen de la biomasa durante la generación de biogás.

12. Procedimiento para cambiar un fermentador en una instalación combinada según una de las reivindicaciones anteriores entre generación de biogás y compostaje con las etapas de procedimiento de:

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 al menos una entrada (24, 25) de gas de purgado del fermentador (2) que va a cambiarse;

c) purgar el fermentador (2) que va a cambiarse con gas de escape procedente del 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 cambiarse;

e) conectar la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a cambiarse 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, 25) de gas de purgado del fermentador (2) que va a cambiarse;

g) conectar el conducto (28) de aire limpio con la entrada (24, 25) de gas de purgado del fermentador (2) que va a cambiarse y alimentar aire limpio al interior del fermentador (2) que va a cambiarse 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) someter a compostaje la biomasa consumida en el fermentador (2) .

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque entre la etapa de procedimiento d) y la etapa de procedimiento e) se llevan a cabo las siguientes etapas de procedimiento:

d1) conectar la salida (8) de biogás del fermentador (2) que va a cambiarse 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 el valor umbral superior y el inferior; y

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

14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque se calienta previamente el aire limpio alimentado a través del conducto (28) de aire limpio.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 14, caracterizado porque la operación de compostaje se controla mediante la cantidad de aire limpio alimentada.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 15, caracterizado porque se filtran las mezclas de gases evacuadas desde el fermentador (2) .

17. Procedimiento para arrancar un fermentador (2) recién cargado con biomasa según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 11 con las etapas de procedimiento de:

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, 25) de gas de purgado del fermentador

(2) que va a arrancarse y alimentar gas de escape al 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, 25) 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.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de procedimiento f) se lleva a cabo cuando la concentración de metano detectada por el primer o cuarto sensor (32; 50) de medición supera un cuarto valor umbral.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque el cuarto valor umbral de la 10 concentración de metano es igual al valor umbral superior de la concentración de metano.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 19, caracterizado porque el conducto (26) de gas de escape se conecta con el tubo de escape de un motor de combustión interna.

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 19, caracterizado porque el conducto (26) de gas de escape está conectado con el tubo (48) de escape de un dispositivo (44) de tratamiento de biogás que genera un gas de escape con contenido en dióxido de carbono.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 19, caracterizado porque el 20 conducto (26) de gas de escape está conectado con el tubo de escape de una pila de combustible.