Instalación y proceso para recuperar metano a partir de un efluente líquido.

Sistema de reactor para preparar biogás mediante la degradación anaeróbica de una o más sustancias orgánicas,

el sistema que comprende un reactor (1), cuyo reactor se proporciona con un sistema de recolección de biogás y una salida (40) para el biogás producido en el reactor, con medios de retirada del efluente para retirar el efluente líquido del reactor (1), y con una unidad de recuperación de gas metano (8/16) para recuperar el gas metano del efluente líquido, la unidad de recuperación de gas metano que comprende una entrada (7/11) para el efluente líquido, cuya entrada (7/11) está en comunicación continua con los medios de retirada del efluente, la unidad de recuperación de gas metano que comprende además una salida (10/19) para una fase de gas que comprende metano, y una salida (9/18) para un efluente líquido, en donde los medios de retirada del efluente comprenden unos canales de recolección (2), los canales (2) que tienen unas aberturas (e, f) para introducir el efluente líquido en los canales de recolección (2), y una salida (d) para el efluente líquido, cuya salida está en comunicación continua con la unidad de recuperación de metano, los canales de recolección (2) que comprenden una entrada para una fase de gas, cuya entrada puede ser una o más aberturas para el efluente líquido (e, f) (c) o una entrada separada, en donde el sistema de reactor tiene un conducto entre la salida para el biogás producido en el reactor y la unidad para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto comprende un medidor de flujo de gas, y en donde el sistema de reactor comprende un conducto para transportar la fase de gas desde la unidad de recuperación de gas metano hacia la unidad para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto comprende un medidor de flujo de gas.

Instalación y proceso para recuperar metano a partir de un efluente líquido La invención se refiere a un sistema de reactor para preparar biogás mediante la degradación anaeróbica de una o más sustancias orgánicas y a un método para recuperar metano a partir de un efluente líquido de un reactor en donde una corriente de residuos que comprende una o más sustancias orgánicas distintas del metano se ha sometido a la degradación anaeróbica, cuyo método se lleva a cabo mediante el uso de un sistema de reactor de conformidad con la invención.

El tratamiento de residuos biológicos usa biomasa activa (bacteria) para convertir los contaminantes (sustancias orgánicas) a componentes inofensivos.

Básicamente hay dos tipos de bacterias que pueden realizar este tratamiento. Para el denominado tratamiento anaeróbico (sin oxígeno) un consorcio de bacterias anaeróbicas convierten los contaminantes esencialmente en metano y dióxido de carbono, lo que terminará en el biogás.

En el tratamiento aeróbico, los contaminantes se convierten, bajo condiciones aeróbicas, en dióxido de carbono y también en un grado considerable en nuevas bacterias / biomasa (lodo en exceso) que necesita entonces separarse del agua residual tratada y procesarse por separado.

Los procesos anaeróbicos utilizan las bacterias anaeróbicas para convertir los contaminantes en aguas residuales y otras corrientes de residuos en biogás (una mezcla de gases que comprende principalmente metano y dióxido de carbono) . Una parte del metano producido se disorbe de la fase líquida y se recoge en los dispositivos de recolección de gas especializados o en el espacio vacío del reactor de los reactores cerrados.

A pesar de que se conoce desde hace más de dos décadas que los efluentes acuosos de los procesos de tratamiento de residuos anaeróbicos pueden comprender cantidades considerables de metano disuelto, en la actualidad (para lo mejor del conocimiento de los inventores) este metano no se recupera del efluente.

Los inventores se dieron cuenta de que la concentración de metano disuelto en una corriente de efluente líquido de un proceso de tratamiento de residuos, en particular, puede saturarse con metano; se contempla que en algunas circunstancias el efluente líquido puede incluso sobresaturarse con el metano disuelto. En particular, los inventores contemplan que la concentración de metano disuelto en un efluente líquido puede estar en el intervalo de aproximadamente 15-60 mg/l, en dependencia de las condiciones del proceso, tales como la altura del líquido del reactor, la presión operacional y la temperatura del líquido. Los inventores se dieron cuenta de que, en particular, para las corrientes de aguas residuales (diluidas) , tales como el drenaje municipal, estas pueden representar aproximadamente hasta el 40 % de la producción total de metano.

Los inventores se dieron cuenta de que el metano disuelto en el efluente líquido del proceso de tratamiento de residuos anaeróbico puede transferirse a la atmósfera, donde es un gas de efecto invernadero mucho más potente que el dióxido de carbono. Por lo tanto, ellos se dieron cuenta de que evitar dicha transferencia sería conveniente con el fin de reducir la presencia de carbono de un proceso para tratar de manera anaeróbica una corriente de residuos 45 Además, los inventores se dieron cuenta de que sería ventajoso recuperar el gas metano disuelto del efluente líquido y usarlo para la producción de energía.

En particular, se dieron cuenta de que sería útil proporcionar una forma de recuperar el gas metano disuelto (principalmente) mediante el uso de un equipo estándar, es decir, un equipo que ya se requiere para un sistema bien 50 diseñado para el tratamiento biológico de las corrientes de residuos, para limitar los costos adicionales de la inversión.

GB-A-2 381 761 describe un aparato y método para remover el metano de los residuos el comercio tales como los lixiviados de los sitios vertederos para que el líquido procesado pueda desecharse de manera segura en el sistema de drenaje.

En consecuencia, un objetivo de la invención es proporcionar un método para recuperar el metano gaseoso de un efluente líquido de un reactor en donde una corriente de residuos se ha sometido a una degradación anaeróbica, con lo cual el gas metano puede usarse para un propósito útil, si se desea, o al menos evitarse que se emita a la atmósfera.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar una instalación que comprende un sistema de recuperación de metano que puede usarse para recuperar el metano disuelto en un efluente líquido de un reactor de tratamiento de residuos anaeróbico, con lo cual el metano puede usarse para algo útil.

En consecuencia, la invención se refiere a un sistema de reactor de conformidad con la reivindicación 1. Además, la 65 invención se refiere a un método de conformidad con la reivindicación 8.

Tal método es particularmente adecuado para llevarse a cabo mediante el uso de un reactor de conformidad con la invención.

Por lo tanto, la presente invención proporciona una forma efectiva para recuperar el metano del efluente líquido y al menos evitar esencialmente que el metano termine en la atmósfera. Esto reduce la huella de carbono del proceso de degradación anaeróbica.

Además, el metano puede recuperarse del efluente líquido de una manera tal que pueda usarse de manera eficiente para la producción de energía. Se contempla que, particularmente en el caso de la corriente de residuos que se somete a la degradación anaeróbica, la misma comprende un contenido relativamente alto de agua (en particular, como en las corrientes de aguas residuales) , el aumento en la producción de energía es considerable, en particular 10 % o más, más en particular, 20 % a 50 %, en comparación con un proceso anaeróbico convencional en donde sólo el biogás recogido en forma de gas desde/o dentro del reactor en donde la degradación tiene lugar se usa para la producción de energía.

Como un beneficio adicional de la invención, la remoción de metano del efluente líquido reduce el riesgo de explosión y/o el riesgo de asfixia (este último en particular en espacios confinados) , que puede ser importante, por ejemplo, en caso de que el método de la invención se use como parte de un método de purificación de agua. Después de todo, si se permite que el metano disuelto en líquido acuoso se acumule en espacios confinados (por ejemplo, una red de alcantarillado) , esto puede ser una causa de explosiones.

El término "o" como se usa en la presente descripción se define como "y/o" a menos que se especifique de cualquier otra forma.

El término "a" "o" "uno" como se usa en la presente descripción se define como "al menos uno" a menos que se especifique de cualquier otra forma.

Cuando se hace referencia a un sustantivo (por ejemplo, un compuesto, un aditivo, etc.) en singular, se pretende incluir el plural.

La composición del combustible de combustión o la parte del mismo que se obtiene mediante la recuperación de metano del efluente líquido puede variar en amplios intervalos en dependencia del método específico de recuperación de metano y, si la recuperación comprende la ventilación con aire (ambiente) , de la velocidad de ventilación aplicada. En dependencia de la técnica usada y de las condiciones del método, la concentración de metano en la fase de gas que se obtiene puede estar por debajo del límite inferior de explosión para el metano en la fase de gas (para una mezcla de metano-aire al 5, 1 % vol. a 20 °C) o estar al menos en el límite inferior de explosión (preferentemente por encima del límite superior de explosión de 15 % vol.) para el metano en la fase de gas. En el primer caso, la fase de gas que comprende metano puede usarse en particular como el aire de combustión (cuando se usa una técnica que hace uso de aire para recuperar el metano disuelto) . Por lo tanto, aún es posible recuperar la energía liberada por la oxidación del metano. La fase de gas que comprende metano en una concentración por encima del límite inferior de explosión, preferentemente por encima del límite superior de explosión, puede usarse (como parte de) el combustible de combustión para producir energía.

Como se usa en la presente descripción, el 'aire de combustión' significa una fase de gas que comprende oxígeno en una concentración adecuada para combustionar el metano recogido en el reactor, nitrógeno y opcionalmente metano y dióxido de carbono, cuyo metano está generalmente presente en una concentración por debajo del límite inferior de explosión. En particular, el aire de combustión puede comprender 0-5 % vol. de metano, 0-10 % vol. dióxido... [Seguir leyendo]

1. Sistema de reactor para preparar biogás mediante la degradación anaeróbica de una o más sustancias orgánicas, el sistema que comprende un reactor (1) , cuyo reactor se proporciona con un sistema de recolección de biogás y una salida (40) para el biogás producido en el reactor, con medios de retirada del efluente para retirar el efluente líquido del reactor (1) , y con una unidad de recuperación de gas metano (8/16) para recuperar el gas metano del efluente líquido, la unidad de recuperación de gas metano que comprende una entrada (7/11) para el efluente líquido, cuya entrada (7/11) está en comunicación continua con los medios de retirada del efluente, la unidad de recuperación de gas metano que comprende además una salida (10/19) para una fase de gas que comprende metano, y una salida (9/18) para un efluente líquido, en donde los medios de retirada del efluente comprenden unos canales de recolección (2) , los canales (2) que tienen unas aberturas (e, f) para introducir el efluente líquido en los canales de recolección (2) , y una salida (d) para el efluente líquido, cuya salida está en comunicación continua con la unidad de recuperación de metano, los canales de recolección (2) que comprenden una entrada para una fase de gas, cuya entrada puede ser una o más aberturas para el efluente líquido (e, f) (c) o una entrada separada, en donde el sistema de reactor tiene un conducto entre la salida para el biogás producido en el reactor y la unidad para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto comprende un medidor de flujo de gas, y en donde el sistema de reactor comprende un conducto para transportar la fase de gas desde la unidad de recuperación de gas metano hacia la unidad para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto comprende un medidor de flujo de gas.

2. El sistema de reactor de conformidad con la reivindicación 1, en donde la salida (10/19) para una fase de gas de la unidad de recuperación de gas metano y la salida de gas (40) para el biogás se adaptan para estar en comunicación continua con una unidad (23) para la producción de energía a partir del metano.

3. Un sistema de reactor de conformidad con la reivindicación 2, en donde un conducto (41) se proporciona entre la salida para el biogás producido en el reactor anaeróbico (1) , y la unidad (23) para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto (41) comprende un medidor de flujo de gas y opcionalmente un sensor de metano.

4. Un sistema de reactor de conformidad con la reivindicación 2 o 3, en donde un conducto (52/20) para transportar la fase de gas está presente entre la unidad de recuperación de gas metano (8/16) y la unidad (23) para la producción de energía a partir del metano, cuyo conducto comprende un medidor de flujo de gas y opcionalmente un sensor de metano.

5. Un sistema de reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la unidad de recuperación de gas metano (8/16) comprende un dispositivo seleccionado del grupo de dispositivos de aireación, dispositivos de extracción de gas y dispositivos de extracción de gas al vacío.

6. Un sistema de reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el reactor se selecciona del grupo de reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo ascendente (UASB) , reactores de manto de lodos granular expandido (EGSB) , reactor de circulación interna (IC) , reactores de lecho fluidizado, bioreactores anaeróbicos de membrana (MBR) , método de contacto, digestores completamente mezclados, reactores anaeróbicos con bafles y filtros anaeróbicos.

7. Sistema de reactor de conformidad con la reivindicación 6, en donde el reactor es un reactor UASB.

8. Método para recuperar el metano de un efluente líquido de un reactor (1) , en donde una corriente de residuos que comprende una o más sustancias orgánicas se ha sometido a un proceso de degradación anaeróbica, en cuyo reactor (1) el biogás, que comprende metano, se ha producido a partir de dichas una o más sustancias orgánicas, el efluente líquido que comprende metano disuelto, el método que comprende transferir el metano disuelto desde el efluente hacia una fase de gas y usar el metano para producir energía, en donde el efluente del reactor (1) se hace pasar a través de un canal de recolección (2) , el canal de recolección (2) que comprende un efluente líquido y una fase de gas, cuya fase de gas comprende aire, el canal que tiene aberturas (e/f) a través de cuyas aberturas el efluente líquido se introduce en el canal de recolección (2) y se pone en contacto con la fase de gas, en cuyo canal de recolección el metano se transfiere desde el efluente hacia la fase de gas, y en donde la fase de gas que comprende aire y metano se usa como el aire de combustión para combustionar el biogás obtenido del proceso de degradación anaeróbica, cuyo método se lleva a cabo mediante el uso de un sistema de reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

9. Método de conformidad con la reivindicación 8, en donde la fase de gas y el efluente, que han pasado a través del canal de recolección (2) , se introducen en un sumidero de recolección (3) , en el que la fase de gas se separa del efluente.

10. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde el efluente se introduce en un dispositivo de extracción de gas (8/16) , en donde el metano se extrae del efluente, con lo que el metano se transfiere desde el efluente líquido hacia la fase de gas.

11. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde la transferencia comprende 10 someter el efluente líquido a la aireación, lo que forma una fase de gas que comprende aire y metano.

12. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde la fase de gas que comprende aire y metano que va a usarse como el aire de combustión se introduce en un tanque de entrada de aire de combustión (30) , dicho tanque (30) que comprende además una entrada (31) para el aire ambiente, a través de cuya entrada (31) el aire ambiente se introduce en el tanque de entrada de aire de combustión (30) a veces cuando no haya aire de combustión suficiente proporcionado por la gas fase que comprende aire y metano para combustionar todo el biogás que va a usarse para la producción de energía, el tanque (30) que comprende además una salida (32) para el aire de combustión a través de cuya salida el aire de combustión se dirige hacia una unidad de combustión (23) en donde el biogás se combustiona, lo que produce energía.

13. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-12, en donde el efluente se somete a la extracción al vacío, con lo que el metano se transfiere desde el efluente hacia la fase de gas.

14. Método de conformidad con la reivindicación 12 o 13, en donde la fase de gas que comprende el metano

transferido se combina con el biogás que se ha recogido como una fase de gas del reactor y después se usa para la recuperación de energía o se quema.

15. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-14, en donde el reactor se selecciona del grupo de reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo ascendente (UASB) , reactores de manto de lodos granular expandido (EGSB) , reactor de circulación interna (IC) , reactores de lecho fluidizado, bioreactores anaeróbicos de membrana (MBR) , método de contacto, digestores completamente mezclados, reactores anaeróbicos con bafles y filtros anaeróbicos.

16. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8-15, en donde el contenido de agua en el 35 efluente líquido es al menos 90 % en peso.