Procedimiento para la fabricación de un gas producto rico en metano, así como instalación apropiada para ello.

Procedimiento para la fabricación de un gas producto rico en metano,

en el que en una primera etapa de trabajo,un gas de proceso que comprende hidrógeno y dióxido de carbono es metanizado catalíticamente en una mezcla degases que cumple con un determinado criterio de calidad referente a su composición de gases y que es preparadocomo gas producto y en el que, la metanización catalítica en una segunda etapa de trabajo es reducida, en particularinterrumpida por la reducción, en particular por la interrupción, de la alimentación de gas de proceso, de manera quese produce una transición entre ambos tipos de trabajo con dependencia de la disponibilidad de hidrógeno,caracterizado porque,

una mezcla de gases generada en la transición, que no cumple con el criterio de calidad, es recuperada, por lomenos, parcialmente dentro del ámbito del procedimiento de fabricación.

Procedimiento para la fabricación de un gas producto rico en metano, así como instalación apropiada para ello La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un gas producto rico en metano en el que en una primera etapa de trabajo, un gas de proceso que contiene hidrógeno y dióxido de carbono es metanizado catalíticamente en una mezcla de gases cuya composición cumple con un criterio de calidad predeterminado y que es preparado como gas producto, y en el que la metanización catalítica es reducida, en especial interrumpida, en una segunda etapa de trabajo mediante la reducción en especial la interrupción de la alimentación de gas de proceso, de manera que el paso de una a otra etapas de trabajo tiene lugar con dependencia de la disponibilidad de hidrógeno.

Este tipo de procedimientos de metanización son conocidos y se describen, por ejemplo, en el documento WO2011/076315. Las reacciones que tienen lugar en la metanización son conocidas además en los reactores de metanización preparados para ello y, por lo tanto, no se describirán de manera detallada. De manera correspondiente, se hará referencia al estado de la técnica que se ha citado anteriormente. Igualmente es conocida por el mencionado documento la utilización de los gases fabricados mediante su alimentación a una red de gas natural ya existente. Por las condiciones de alimentación existentes se determina un perfil de exigencias para la composición del gas producto a almacenar, que pueden constituir, por ejemplo, el criterio de calidad. En la primera etapa de trabajo, por ejemplo, el funcionamiento normal del reactor de metanización, con una salida de volumen de gas máxima para sus características, el gas producto fabricado cumple con el criterio de calidad y se encuentra, por lo tanto, a disposición para su alimentación.

El procedimiento será llevado a cabo de acuerdo con la segunda etapa de trabajo, cuando no existe o no se desea una alimentación de gas de proceso suficiente para la primera etapa de trabajo, concretamente cuando el hidrógeno no se encuentra a disposición. Esto puede tener como causa que no se dispone de suficiente energía eléctrica para la producción de la fracción de hidrógeno del gas de proceso, por ejemplo, en el caso de una disminución de la corriente eléctrica generada por fuentes de energía renovables. En especial, funcionará entonces el reactor que produce la metanización catalítica en la segunda etapa de trabajo en reserva o “standby”, sin alimentación de gas de proceso. Los términos “gas producto” y “gas de proceso” se han escogido para mayor simplicidad de las designaciones, pero en realidad se trata en ambos casos de mezclas de gases.

La invención se plantea el objetivo de mejorar adicionalmente un procedimiento de funcionamiento intermitente del tipo mencionado.

Desde el punto de vista técnico del procedimiento se conseguirá básicamente este objetivo por el hecho de que la mezcla de gases generada en el paso de una etapa a otra, que no cumple con el criterio de calidad, dentro del procedimiento de fabricación será recuperado, por lo menos de manera parcial.

Para ello, la invención se basa en principio en el reconocimiento de que en este procedimiento en el paso de una a otra etapas de trabajo se generará una mezcla de gases que no cumple el criterio de calidad. Esta mezcla de gases, designada en lo que sigue para simplificación semántica como “gas malo” se genera, por ejemplo, en la transición desde la segunda etapa de trabajo (“standby”) a la primera etapa de trabajo, es decir, al aumentar la producción del reactor de metanización pasando desde la situación de preparación hasta que el reactor ha sido llevado a producción elevada y genera de manera estable una mezcla de gases que cumple con el criterio de calidad. También se puede producir gas malo en el paso de la primera etapa de trabajo a la segunda, cuando la cámara en la que tiene lugar la metanización catalítica (el reactor de metanización) es barrida con un gas de barrido, por ejemplo, hidrógeno o también gas producto. Si se efectúa el barrido, por ejemplo, con hidrógeno (y simultáneamente se interrumpe la alimentación de CO2) , se modifica la composición estequiométrica del gas de proceso, lo que comporta de manera rápida el incumplimiento del criterio de calidad. Además, la invención se basa en el reconocimiento de que este gas malo que se quemaba con anterioridad en antorcha a causa de su imposibilidad de utilización, comprende todavía un valor residual utilizable y que éste se puede utilizar todavía de forma técnicamente razonable en especial por un cambio relativamente frecuente entre ambas etapas de trabajo.

Además, también se puede llevar a la recuperación un gas que se produce durante la segunda etapa de trabajo, por ejemplo, por barrido lento de la cámara de reacción cuando, por ejemplo, se efectúa el barrido con hidrógeno de manera continuada para caudales reducidos. De esta forma, además de retirar las cantidades de metano que se generan opcionalmente, también se compensan opcionalmente las pérdidas de gas que se producen.

La expresión “por lo menos, parcialmente” comprende realizaciones en las que una parte del volumen o la totalidad del volumen del gas malo es recuperado de forma no modificada, pero también realizaciones en las que una parte del gas malo es recuperado en una composición modificada, así como combinaciones de estas realizaciones.

De manera especialmente preferente, la recuperación de la mezcla de gas (gas malo) tiene lugar mediante su realimentación (como mínimo, parcial) a una etapa de trabajo que tiene lugar antes de la metanización. De esta manera se consigue que el gas malo consista en una mezcla de fracciones del gas de proceso y fracciones del gas producto.

De manera oportuna, la realimentación tendrá lugar mediante un almacenamiento intermedio de gas de forma temporal. Esto permite una estructura más variable de la realimentación. En especial, se podrá ampliar o cambiar la recirculación realizada en la primera etapa de trabajo de gas producto para evitar los puntos calientes (“hot-spots”) en el reactor mediante la alimentación desde el almacenamiento intermedio.

De manera oportuna, la mezcla de gases recirculada se acondicionará mediante la mezcla con una o varias fracciones de gas de proceso a la composición deseada para el inicio de la metanización. En este caso, no se deben hacer corresponder de manera forzosa los parámetros del procedimiento de la metanización a la realimentación, por el contrario, la realimentación será modificada de manera adecuada a los parámetros de procedimiento escogidos. En el acondicionamiento, se ajustará a una situación de ausencia de contenido de metano, puesto que el metano se comporta en el reactor de manera similar a un gas inerte.

A este respecto, se ha previsto de manera oportuna que tenga lugar un acondicionamiento incluso durante el almacenamiento intermedio del gas. Entonces, en esta situación, se puede medir de manera apropiada la composición del gas malo almacenado y se puede controlar su modificación.

El acondicionamiento puede tener lugar, no obstante, también fuera del almacenamiento intermedio. En este caso, la mezcla de gases realimentada será ajustada mediante el acondicionamiento de manera básica a la composición del gas de proceso. De esta manera, el proceso de metanización no debe ya diferenciar entre gas de proceso y gas malo acondicionado. En el caso de que el gas malo almacenado esté constituido esencialmente por fracciones de gas de barrido tales como hidrógeno, mediante la dosificación adicional de dióxido de carbono, será llevado a la proporción estequiométrica adecuada para la reacción de metanización. De manera alternativa, también se podría reducir la alimentación de H2.

En una forma de realización posible, la ralentización temporal de la realimentación se debe mantener hasta que se ha conseguido la correspondencia de la composición de la mezcla de gases. El almacenamiento intermedio será entonces vaciado solo cuando su contenido se pueda alimentar al reactor de metanización con la composición deseada.

De manera especialmente favorable en la primera etapa de trabajo, la alimentación de gas de proceso será adecuada estequiométricamente y/o volumétricamente con dependencia del caudal de la mezcla de gas realimentada (gas malo) . Para ello, se tendrá en cuenta que en la primera etapa de trabajo, por ejemplo, el funcionamiento normal para carga máxima, la cantidad de gas circulante en la metanización deberá permanecer básicamente constante, de manera que para la fase de realimentación, la alimentación de gas de proceso... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un gas producto rico en metano, en el que en una primera etapa de trabajo, un gas de proceso que comprende hidrógeno y dióxido de carbono es metanizado catalíticamente en una mezcla de gases que cumple con un determinado criterio de calidad referente a su composición de gases y que es preparado como gas producto y en el que, la metanización catalítica en una segunda etapa de trabajo es reducida, en particular interrumpida por la reducción, en particular por la interrupción, de la alimentación de gas de proceso, de manera que se produce una transición entre ambos tipos de trabajo con dependencia de la disponibilidad de hidrógeno,

caracterizado porque,

una mezcla de gases generada en la transición, que no cumple con el criterio de calidad, es recuperada, por lo menos, parcialmente dentro del ámbito del procedimiento de fabricación.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la recuperación de la mezcla de gases, tiene lugar por su, como mínimo parcial, realimentación a una etapa del procedimiento anterior a la metanización.

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que la realimentación es retrasada temporalmente mediante un almacenamiento intermedio de gas.

4. Procedimiento, según la reivindicación 2 ó 3, en el que la mezcla de gas realimentada es acondicionada mediante la mezcla con uno o varios componentes del gas de proceso hasta alcanzar una composición deseada para el inicio de la metanización.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en el que el acondicionamiento tiene lugar durante el almacenamiento intermedio del gas.

6. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que la fracción que no es metano de la mezcla de gases realimentada es ajustada por el acondicionamiento esencialmente a la composición del gas de proceso.

7. Procedimiento, según las reivindicaciones 3 y 6, en el que el retraso temporal será mantenido hasta la terminación del ajuste de la composición de la mezcla de gases.

8. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 2 a 7, en el que en la primera etapa de trabajo, la alimentación de gas de proceso es adecuada estequiométricamente y/o en cuanto al caudal, con dependencia de la composición y/o del caudal de la mezcla de gases realimentada.

9. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se prepara, como mínimo, un componente de gas de proceso a partir de una instalación de biogas.

10. Procedimiento, según la reivindicación 9, en el que la fracción componente de gas de proceso preparada a partir de la instalación de biogas, está constituida por un gas muy rico en carbono separado de la preparación de biogas, especialmente mediante lavado amínico.

11. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la recuperación tiene lugar de manera parcial o completa por la separación de una fracción que cumple el criterio de calidad y su preparación como gas producto y/o mediante almacenamiento de la mezcla de gas que no cumple con las exigencias de calidad en una unidad de recuperación del gas, en especial, una caldera de gas o una central de calefacción comunitaria.

12. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la recuperación de la mezcla de gases que no cumple el criterio de calidad con la excepción de un desacoplamiento, tiene lugar en la cantidad de gas que supera la capacidad de recepción del procedimiento, de manera completa, en especial de manera totalmente completa.

13. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el criterio de calidad presenta uno o varios subcriterios que se escogen de los grupos:

i) Contenido mínimo de metano, especialmente preferente, como mínimo 90%, también preferente, como mínimo 92%, en especial, como mínimo, 95%.

ii) Contenido máximo de dióxido de carbono, especialmente preferente como máximo 12%, también preferente como máximo 8%, en especial como máximo 4%.

iii) Contenido máximo de hidrógeno, especialmente preferente, como máximo 4%, también preferente, como máximo 2%, especialmente como máximo 1%.

14. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que como mínimo, una parte del hidrógeno del gas de proceso es generado mediante electrolisis.

15. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la energía eléctrica para la generación de

hidrógeno procede de las corrientes sobrantes que se generan en la red de corriente y/o fuentes de energía renovable, en especial fuentes de energía con disposición variable en el tiempo, tales como energía eólica y/o energía solar.

16. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la transición entre los tipos de trabajo tiene lugar como promedio, como mínimo, en un rango de varias veces a la semana, en especial, una vez o varias por día.

17. Dispositivo para la preparación de un gas producto rico en metano, que presenta:

un reactor de metanización que actúa catalíticamente (R) ,

un dispositivo de alimentación (1, 2) conectado de forma previa al reactor de metanización para almacenamiento de un gas de proceso, que contiene hidrógeno y dióxido de carbono en el reactor (R) , y

una salida de gases (18) conectada posteriormente al reactor (R) para la preparación de una mezcla de gases como gas producto que cumple el criterio de calidad predeterminado referente a la composición de gases, generado en el reactor (R) ,

caracterizado por un dispositivo de recuperación (3, 4; 3, 6; 13) acoplado entre la salida del reactor y la salida de gas para el desacoplamiento y recuperación, como mínimo parcial, de una mezcla de gases que sale del reactor (R) y que no cumple el criterio de calidad.

18. Dispositivo, según la reivindicación 17, en el que el dispositivo de recuperación presenta un dispositivo de realimentación (3, 4; 3, 6) para la realimentación, por lo menos parcial, de la mezcla de gases que no cumple con el 30 criterio de calidad en un punto de alimentación dispuesto previamente a la entrada del reactor.

19. Dispositivo, según la reivindicación 18, en el que el dispositivo de realimentación presenta un almacenamiento intermedio (4) .

20. Dispositivo, según la reivindicación 19, en el que el dispositivo de realimentación presenta un dispositivo de conducción (7) para la alimentación del reactor de, como mínimo, una parte del gas de proceso del almacenamiento intermedio.

21. Dispositivo, según la reivindicación 20, en el que el dispositivo de conducción presenta una alimentación separada (7.1) de la fuente de H2 y/o una conducción separada (7.2) de la fuente de CO2 del dispositivo de alimentación.

22. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 19 a 21, en el que el dispositivo de realimentación presenta un dispositivo de medición (5) que mide la composición de gases en el almacenamiento intermedio. 45

23. Dispositivo, según la reivindicación 18, en el que el dispositivo de realimentación presenta una cámara de compensación (6) para la compensación de caudales de gas variables en el tiempo.

24. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 17 a 23, en el que el dispositivo de recuperación presenta un

dispositivo de separación de gases (13) para la separación de una mezcla de gases con respecto a la fracción de gas que empeora el criterio de calidad.

25. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 17 a 24, en el que se ha previsto una conexión para una conducción (101) hacia una unidad (100) de recuperación del gas, en especial asimismo la conducción (101) y/o la 55 propia unidad de recuperación de gas (100) .

26. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 17 a 25, en el que presenta un dispositivo de control (30) , dispuesto para el control del dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 16.