Procedimiento de producción de metano a partir de aguas de procesos y de material biogénico.

Procedimiento de producción de metano a partir de:

I) aguas residuales o de proceso de la fabricación de azúcar y etanol y

II) materias primas vegetales pasadas por la picadora,

en el que:

- se introducen por lo menos en un recipiente mezclador/previo (2) las aguas residuales y de proceso y lasmaterias primas vegetales pasadas por la picadora y eventualmente las aguas de lavado y agua dulce y/o elagua de sustrato realimentada con producción de una masa macerada en condiciones aeróbicas parahidrolizarlas a un pH ligeramente ácido, en torno a 5,

- se ajusta de modo apropiado el pH y la temperatura de la masa macerada;

- se trasvasa la masa macerada ajustada a por lo menos un biorreactor (8, 9) que contiene bacteriasproductoras de metano en condiciones anaeróbicas y se mantiene en dicho reactor para la producción delbiogás,

- se obtiene el biogás generado y

- se saca el líquido biológicamente degradado.

Procedimiento de producción de metano a partir de aguas de procesos y de material biogénico La invención se refiere a un procedimiento de producción de metano según la reivindicación 1 y a una planta de biogás según la reivindicación 7.

Hace mucho tiempo que se conoce la fermentación de sustancias biológicas. En base a los desarrollos más diversos se dispone de procedimientos de un paso, de dos pasos o de varios pasos. Aparte de la fermentación húmeda desarrollada a partir de la fermentación de estiércol líquido se practica también la fermentación seca. Este procedimiento se realiza de múltiples maneras. Por el documento DE 10 2004 053 615 A1 se conoce un procedimiento de producción de metano a partir de componentes orgánicos biodisponibles de aguas residuales. Se emplea un extractor continuo (percolador) para la fase de hidrólisis y un biorreactor con bacterias generadoras de metano para la producción de biogás. Debido a que el líquido del extractor continuo se trasvasa a un depósito, en caso que se necesite más cantidad de gas, dicho líquido puede trasvasarse al biorreactor para la producción de gas. Este procedimiento es susceptible de mejora, porque cuando las cantidades de aguas residuales y de aguas de proceso son grandes, no se puede disponer de las capacidades requeridas. En la patente US 2002/148778A1 se describe un procedimiento para fermentar materias primas vegetales provistas de una concentración elevada de hidratos de carbono y producir biogás. En WO 2006/021087 A1 se describe el aprovechamiento de residuos de la destilación de alcohol sin añadir ninguna materia prima vegetal más para producir biogás. En DE 10 2005 047 719 A1 se describe la producción de biogás a partir de biomasa. En US 411593 se describe el aprovechamiento de aguas residuales de la producción de melazas en una planta de biogás. Pero estos procedimientos conocidos no aportan ninguna solución para aquellas épocas, en las que no se realiza producción de melazas ni destilación de alcohol.

Después, cuando se registra un paro vegetativo o no se dispone de aguas de proceso, si se carece la capacidad del depósito requerida, los procedimientos ya conocidos no pueden seguir realizándose durante varios meses. Si las bacterias productoras de metano no se alimentan, mueren. Sin ellas ya no es posible la producción de biogás.

La invención tiene como cometido destinar a una finalidad más racional las grandes cantidades de aguas residuales y de proceso, procedentes en especial de la producción agrícola, como es la producción de azúcar o de etanol, que hasta ahora se distribuían sin tratar sobre las superficies agrícolas. Debido a que las cantidades de aguas residuales y de proceso no están disponibles todo el año, en las épocas de paro de la producción de azúcar o de alcohol se pretende en combinación con la biomasa generar biogás en una producción prolongada todo el año.

La finalidad perseguida se alcanza con un procedimiento que tiene las características definidas en la reivindicación 1 con una planta de biogás que tiene las características definidas en la reivindicación 7. Las formas de ejecución ventajosas se describen en las reivindicaciones secundarias.

Este procedimiento tiene la ventaja de que se basa en una técnica sencilla para la degradación del material biogénico, que hasta ahora se repartía por lo general sin tratar sobre las superficies de cultivo.

Según la invención es posible, pues, la degradación de las aguas residuales y de proceso y de los productos secundarios de la producción de azúcar y etanol y del material biogénico en un reactor de biogás que está en 45 funcionamiento durante todo el año, que permite tratar las aguas residuales y de proceso que se generan periódicamente en grandes cantidades, cifradas en más de 10.000 m3/día y en los demás períodos con la utilización de agua dulce y la recirculación del agua de sustrato en combinación con las materias primas renovables o con material orgánico es posible la producción y el aprovechamiento energético del biogás a lo largo de todo el año.

Las aguas residuales purificadas así como el lodo generado se aprovechan para fines de riego y abonado.

Con la utilización del agua dulce y la recirculación de agua de sustrato para compensar las oscilaciones de suministro y para homogeneizar la generación del biogás puede preverse la realimentación del agua de sustrato y el retorno de los lodos a o entre los depósitos previos y los reactores de biogás. El agua que se genera en este caso 55 puede utilizarse también para fines de riego.

De este modo se permite el regadío según las necesidades y a lo largo de todo el año así como una regulación continua del biogás generado y puede regularse en consonancia la demanda de biogás, por ejemplo para la producción de electricidad o de calor, de modo continuo o bien en las puntas de consumo o en los momentos de demanda débil. En las plantas conocidas, la regulación de la producción de biogás no se realiza o bien se realiza en períodos cortos buscando la adaptación al consumo, mientras que en el procedimiento de descomposición de la invención puede llevarse a cabo una homogeneización del aprovechamiento del biogás y de la producción de electricidad y calor.

Se consideran material biogénico todas las sustancias procedentes de seres vivos, como son las plantas, animales, organismos unicelulares, virus, etc., pueden serlo en especial las vinazas/aguas residuales o de proceso y otros productos secundarios naturales de la producción de materias primas renovables, por ejemplo las aguas de lavado, alcohol amílico, tortas de filtro, hojas de caña de azúcar procedentes de la producción de etanol y de azúcar, los residuos biológicos, los residuos verdes, los desechos industriales, los residuos alimentarios, los residuos agrícolas, las materias primas renovables, los licores de fermentadores, las aguas residuales de la producción de almidón de patata, de guisantes y de alubias o similares y sustancias parecidas.

Se almacenan con preferencia las aguas residuales/aguas de proceso y el material biogénico y los productos secundarios recién mencionados en una reactor o recipiente regulador (p.ej. regulador de 24 h) de las dimensiones apropiadas para contener líquidos en una proporción seleccionada entre sí, porque las reacciones de producción de metano realizadas por las bacterias en el siguiente reactor de biogás que funciona en condiciones anaeróbicas requieren varias horas para la producción del biogás. Las bacterias productoras de metano son térmicamente sensibles, por consiguiente en los reactores de gas metano no deberían superarse las temperaturas máximas permitidas para las cepas bacterianas en cuestión, p.ej. aprox. 55ºC, mejor todavía aprox. 37ºC.

En una forma preferida de ejecución, las aguas residuales o de proceso generadas a una temperatura de proceso como máximo de 95ºC o las aguas residuales o de proceso mantenidas a temperatura constante o las aguas de sustrato o dulces se mezclan en un recipiente con la biomasa o con materias primas renovables biológicamente degradables o con productos secundarios, por ejemplo alcohol amílico y tortas de filtro (de caña de azúcar) y también con agua de lavado y después de un período de reacción de hasta 24 h se extiende la materia macerada resultante cubriendo la superficie del fondo de una instalación formada por lagunas, expulsando el dióxido de carbono formado. Con la distribución homogénea de la masa macerada y la circulación del biogás dentro de los reactores en condiciones constantes de temperatura, aprox. de 55ºC ± 2ºC y aprox. 37ºC, se logra un proceso óptimo de formación continua de biogás por descomposición del carbono orgánico de los ámbitos llamados termófilos y mesófilos, el material biogénico se descompone en muy alto grado en un período de tiempo comprendido entre 7 y 15 días. Por el proceso de circulación del biogás con el sustrato tiene lugar un proceso de mezclado del sustrato y además una disminución de la porción de dióxido de carbono en el biogás así como un aumento relativo de la porción de gas metano y una elevación del valor calorífico debido al funcionamiento mesófilo. La porción de dióxido de carbono puede seguir reduciéndose con la adición de lechada de cal o de aguas básicas de lavado. Dado que las aguas de proceso no están disponibles en cantidades iguales a lo largo del año, los recipientes de tipo laguna se explotan en régimen modular con varias balsas, que están unidas entre sí mediante tuberías.

A continuación se explica la invención tomando como ejemplo las aguas de proceso de la producción de etanol/azúcar, también llamada vinhaca.

El agua residual generada... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción de metano a partir de:

I) aguas residuales o de proceso de la fabricación de azúcar y etanol y II) materias primas vegetales pasadas por la picadora, en el que:

- se introducen por lo menos en un recipiente mezclador/previo (2) las aguas residuales y de proceso y las materias primas vegetales pasadas por la picadora y eventualmente las aguas de lavado y agua dulce y/o el

agua de sustrato realimentada con producción de una masa macerada en condiciones aeróbicas para hidrolizarlas a un pH ligeramente ácido, en torno a 5,

- se ajusta de modo apropiado el pH y la temperatura de la masa macerada;

- se trasvasa la masa macerada ajustada a por lo menos un biorreactor (8, 9) que contiene bacterias

productoras de metano en condiciones anaeróbicas y se mantiene en dicho reactor para la producción del 15 biogás,

- se obtiene el biogás generado y

- se saca el líquido biológicamente degradado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el biogás se recircula al o a los biorreactor (es) (8, 20 9) .

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se introduce en el biorreactor un álcali elegido entre el grupo formado por: una solución alcalina, agua de lavado alcalina de la producción de azúcar/etanol, lechada de cal, amoníaco, para seguir elevando el pH y reducir la fracción de CO2 dentro del biogás producido.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que por aireación se ajustan condiciones aeróbicas en el recipiente mezclador/previo (2) y se expulsa el dióxido de carbono.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque en el recipiente mezclador/previo (2) hay una presión normal.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque la fermentación que conduce al

biogás se realiza con intervención de bacterias añadidas y/o inmovilizadas. 35

7. Planta de biogás (1) para un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con por lo menos un recipiente mezclador/previo (2) provisto de un sistema de intercambiador de calor (7) para la masa macerada de materias primas vegetales pasadas por la picadora y las aguas residuales o de proceso de la fabricación de azúcar y etanol, y por lo menos un reactor posterior de biogás con bacterias productoras de biogás, en el que:

- el recipiente mezclador/previo (2) puede airearse y está previsto:

- un sistema de recirculación de biogás en el sustrato del reactor de biogás;

- un sistema de separación lodos y de sustrato fermentado y

- la realimentación de aguas de sustrato o de filtrado (16) al reactor de biogás. 45