Método y dispositivo para la producción de biogás.

Un proceso para la fermentación de un sustrato capaz de fluir con un contenido de materia seca definido,

utilizando un reactor, cuando el proceso contiene al menos:

• La introducción del sustrato por lo menos por una entrada (1) al reactor

• La conducción del sustrato a través del reactor, que tiene una multitud de particiones (6) que divide el volumen interno del reactor destinado para el sustrato en una multitud de compartimentos (7 (i) - 7 (iv)) y cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) se divide a su vez en al menos dos cámaras atravesadas por flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv))

• Extracción del sustrato por al menos una salida (3) del reactor cuando el método propuesto en este documento se caracteriza por:

• Para aumentar o reducir la relación

• entre el volumen de las las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en una dirección (8 (i) - 8 (iv))

• y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en dirección opuesta (9 (i) - 9 (iv))

al menos parte de las particiones (6) se mueven en su situación espacial y / o la posición y / o la extensión espacial,

cuando el movimiento y / o extensión de las particiones (6) se controla en función del contenido de materia seca del sustrato.

• Cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) dispone de un volumen interior y un almacen de gas correspondiente ajustado al sustrato (5 (i) - 5 (iv))

• Al menos un almacen de gas (5 (i) - 5 (iv)) de un compartimento (7 (i) - 7 (iv)),

seleccionado de todos los almacenes de gas, está separado del otro almacen de gas o de todos los otros almacenes de gas de los otros compartimentos (7 (i) - 7 (iv))

y cuando el proceso propuesto en el presente documento comprende al menos las siguientes etapas adicionales del proceso de manera característica de:

• Extracción del gas del proceso de ese al menos un almacen de gas que está separado del otro almacen o de los otros almacenes de gas (5 (i) - 5 (iv)) de los otros compartimentos

• Adición de gas externo o gas del proceso extraido anteriormente al volumen interior destinado para el sustrato de al menos uno de los compartimento correspondientes (7 (i) - 7 (iv)) .

(0001) La invención concierne un procedimiento para la producción de biogás, especialmente de metano, a partir de materiales biológicos, y más específicamente a un método para la fermentación de un sustrato fluido usando un reactor que contiene al menos:

una entrada (1)

una salida (3),

una multitud de particiones (6) que divide el volumen interno del reactor para el sustrato en una multitud de compartimentos (7 (i) - 7 (iv)) y cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) se divide en cada caso en al menos dos cámaras para garantizar 2 flujos contrarios del sustrato (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv)).

(0002) La invención concierne igualmente un reactor para la fermentación de un sustrato capaz de fluir, que llega a aplicarse para el procedimiento que es subjeto de la patente.

(0003) El proceso de producción de biogás a partir de material biológico se puede dividir

esencialmente en cuatro pasos:

En el primer paso, la "hidrólisis", los complejos compuestos del material de sustrato (por ejemplo, hidratos de carbono, proteínas, grasas) que se descomponen en compuestos orgánicos más simples (por ejemplo, aminoácidos, azúcares, ácidos grasos). Las bacterias implicadas producen para ello las enzimas libres que descomponen el material de una manera biológica. Generalmente, este primer paso, la hidrólisis, puede efectuarse de forma anaerobia o también en forma aerobia.

Después, en el segundo paso, dentro de la fase de "acidificación" (acidogénesis) y mediante las bacterias acidificantes, los productos intermedios (formados en el paso anterior) se siguen degradando a ácidos grasos (por ejemplo, acético, propiónico y ácido butírico) y de dióxido de carbono (C02) y de hidrógeno. Además, se forman también pequeñas cantidades de ácido láctico y alcoholes.

En el tercer paso, consecutivamente, dentro de la "formación de ácido acético" (acetogénesis) y por las bacterias, los productos anteriores se convierten en los precursores del biogás (ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono).

En el último paso de la producción de biogás, la "metanogénesis", también mediante bacterias se formará el metano a partir de los productos de la acetogénesis.

(0004) Cuando los cuatro pasos de degradación se desarrollan conjuntamente en un termentador, se llama sistema de una sola etapa. Puesto que las bacterias de las etapas individuales requieren diferentes condiciones en cuanto a su hábitat, la separación espacial de los pasos de degradación puede ser una ventaja.

(0005) Del documento WO 2006/124781, se conoce una planta de biogás para la fermentación anaeróbica en la que llega a aplicarse un reactor que está dividido en varias cámaras fijas, y en las que tienen lugar las reaciones descritas en el párrafo [0003].

(0006) En US 2007/025 69 71 A1 se reivindica una planta de biogás portátil, que consta de varias cámaras, flexibles, en forma de burbuja, y dimensionadas para un tamaño fijo.

(0007) Se conoce del documento CH-A5-688737, una planta de biogás con una multitud de paredes divisoras/tabiques, que dividen al menos el volumen interior del reactor destinado para el sustrato una multitud de compartimentos.

(0008) Ambas plantas de biogás conocidas tienen en común la desventaja que, en especial medida por su diseño rígido, deben estar orientadas de modo especial a la sensibilidad de las bacterias de metano. Al proceso de dichas plantas tambien es propio que los gases que se producen en el proceso se mezclan en la zona de gas sobre el fermentador. La causa por la sensibilidad de las plantas en su estado actual de la técnica es que las bacterias de metano, de la lista de todas las bacterias que regularmente participan en el proceso de la fermentación anaeróbica, son las más sensibles a las perturbaciones y también se reproducen muy lentamente. En consecuencia de ello, las condiciones del entorno se ajustan a las bacterias de metano, en todos los reactores conocidos en el estado actual de la técnica.

(0009) Sin embargo, la separación espacial de las etapas de degradación anteriormente mencionada está limitada de manera que, por ejemplo, las bacterias de la acetogénesis y los de la metanogénesis pueden depender de una convivencia. La razón de esta dependencia es que las bacterias de la acetogénesis no toleran un alto contenido de hidrógeno

(0010) Un problema particular de los sistemas portátiles en su estado actual de técnica con volúmenes de los fermentadores pequeños es su particularmente alta sensibilidad; los cambios en la composición del sustrato, que se dan por naturaleza en los materiales biológicos, y las irregularidades en la alimentación del sustrato introducido causan muy rápidamente los cambios en el pH y en la colonización microbiana y, por lo tanto, la inestabilidad del sistema.

(0011) Actualmente, se trata de superar estos problemas mediante la utilización de las plantas de biogás a gran escala no portátiles, que disponen de los reactores de tanque con mezcla continua (CSTR - continuous stirred tank reactor) y hasta varios miles de metros cúbicos de volumen de trabajo, con periodos de residencia largos. Estos sistemas también muestran todavía una sensibilidad importante a los cambios en la composición del sustrato.

(0012) En un reactor de tanque con mezcla continua (CSTR - continuous stirred tank reactor) hay idóneamente en todo el reactor condiciones de fermentación y flujo iguales. Por eso, las perturbaciones afectan inmediatamente a la totalidad del contenido del reactor. Este riesgo se minimiza con cargas organicas muy bajas del reactor (caudal de entrada del sustrato bajo por unidad de tiempo).

(0013) La invención se basa en la tarea de poner a disposición del público un equipo en el que el proceso de biogás permanece estable cuando la composición y el suministro del sustrato varian, consigue un alto rendimeinto y trabaja de manera eficiente con tiempos de retención cortos, es manejable también en pequeños volúmenes de fermentador y se desarrolla el proceso estable incluso en recipientes transportables, con unos esfuerzos de mantenimiento y control bajos. Un foco especial de esta tarea se proyecta además a la garantía del más alto posible poder calorífico del biogás producido en el reactor. La invención se basa igualmente también en la tarea de proponer un procedimiento para la producción de biogás utilizando el reactor de acuerdo con la tarea.

(0014) La tarea se logra de acuerdo con la invención por un proceso para la fermentación de un sustrato capaz de fluir con un contenido de materia seca definido, utilizando un reactor, en que el proceso contiene al menos los pasos siguientes:

Alimentacion del sustrato al reactor por al menos una entrada

La conducción del sustrato a través del reactor, que tiene una multitud de particiones (6) que divide el volumen interno del reactor destinado para el sustrato en una multitud de compartimentos (7 (i) - 7 (iv)) y cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) se divide a su vez en al menos dos cámaras atravesadas por flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv))

Extracción del sustrato por al menos una salida (3) del reactor,

cuando el método propuesto en este documento se caracteriza por:

Para aumentar o reducir la relación

o entre el volumen de las las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en una dirección (8 (i) - 8 (iv))

o y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en dirección opuesta (9 (i) - 9 (iv))

al menos parte de las particiones (6) se mueven en su situación espacial y / o la posición y / o la extensión espacial,

cuando el movimiento y / o extensión de las particiones (6) se controla en función del contenido de materia seca del sustrato.

Cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) dispone de un volumen interior destinado al sustrato y un almacén de gas correspondiente (5 (i) - 5 (iv))

Al menos un almacén de gas (5 (i) - 5 (iv)) de un compartimento (7 (i) - 7 (iv)), seleccionado de todos los almacenes de gas, está separado del otro almacén de gas o de todos los otros almacenes de gas de los otros compartimentos (7 (i) - 7 (¡v)) y cuando el proceso propuesto en el presente documento comprende al menos las siguientes etapas adicionales del proceso de manera característica de:

Extracción del gas del proceso de ese al menos un almacén de gas que está separado del otro almacén o de los otros almacenes de gas (5 (i) - 5 (iv)) de los otros compartimentos

Adición de gas externo o gas del proceso extraido anteriormente al volumen interior destinado para el sustrato de al menos uno de los compartimentos correspondientes (7 (i) - 7 (iv)).

1. Un proceso para la fermentación de un sustrato capaz de fluir con un contenido de materia seca definido, utilizando un reactor, cuando el proceso contiene al menos:

La introducción del sustrato por lo menos por una entrada (1) al reactor

La conducción del sustrato a través del reactor, que tiene una multitud de particiones (6) que divide el volumen interno del reactor destinado para el sustrato en una multitud de compartimentos (7 (i) - 7 (iv)) y cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) se divide a su vez en al menos dos cámaras atravesadas por flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv))

Extracción del sustrato por al menos una salida (3) del reactor

cuando el método propuesto en este documento se caracteriza por:

Para aumentar o reducir la relación

o entre el volumen de las las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en una dirección (8 (i) - 8 (iv))

o y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo del substrato en dirección opuesta (9 (i) - 9 (iv))

al menos parte de las particiones (6) se mueven en su situación espacial y / o la posición y / o la extensión espacial,

cuando el movimiento y / o extensión de las particiones (6) se controla en función del contenido de materia seca del sustrato.

Cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) dispone de un volumen interior y un almacén de gas correspondiente ajustado al sustrato (5 (i) - 5 (iv))

Al menos un almacén de gas (5 (i) - 5 (iv)) de un compartimento (7 (i) - 7 (iv)), seleccionado de todos los almacenes de gas, está separado del otro almacén de gas o de todos los otros almacenes de gas de los otros compartimentos (7 (i) - 7 (iv))

y cuando el proceso propuesto en el presente documento comprende al menos las siguientes etapas adicionales del proceso de manera característica de:

Extracción del gas del proceso de ese al menos un almacén de gas que está separado del otro almacén o de los otros almacenes de gas (5 (i) - 5 (iv)) de los otros compartimentos

Adición de gas externo o gas del proceso extraido anteriormente al volumen interior destinado para el sustrato de al menos uno de los compartimento correspondientes (7 (i) - 7 (iv)).

2. Proceso según la reivindicación 1, se caracteriza por que se introduce el gas del proceso de un compartimento consiguiente (7(ii) - 7(iv)) en el volumen interior del compartimento anterior (7(i) - 7(III)

3. Proceso según una de las reivindicaciones 1 o 2, se caracteriza por que se introduce un gas que contiene oxígeno como gas externo en el volumen interior del primer compartimento atravesado por el sustrato (7 (i)).

4. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 3, se caracteriza por la introducción del gas del proceso y/o gas externo via una corriente de gas en dirección contraria al flujo del sustrato

5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4, se caracteriza porque el reactor dispone a lo largo de su eje longitudinal, una multitud de compartimentos posicionados uno al lado del otro (Fig. 7 (i) - 7 (iv)).

6. que se caracteriza porque cada compartimento individual (7 (i) - 7 (iv)) se divide en dos cámaras atravesadas por flujos de sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv )), de las que las cámaras (8 (i) - 8 (iv)) se atraviesan por un flujo del sustrato descendente y las cámaras (9 (i) - 9 (iv)) por un flujo del sustrato ascendente.

7. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 6, se caracteriza porque la relación entre el volumen respectivo las cámaras atravesadas por del flujo descendente de sustrato (8 (i) - 8 (iv) y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo del sustrato ascendente (9 (i) - 9 (IV) aumenta con el contenido de materia seca del sustrato.

8. Reactor para la fermentación de un sustrato capaz de fluir con un contenido definido de materia seca, que contiene como mínimo:

una entrada (1)

una salida (3),

una multitud de particiones (6) que divide al menos el volumen interno del reactor destinado para el sustrato en una multitud de compartimentos (7 (i) - 7 (iv)) y cada

compartimento (7 (i) - 7 (iv)) se divide a su vez en al menos dos cámaras atravesadas por

flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv)),

caracterizado de manera que,

para aumentar o reducir la relación

o entre el volumen de una de las cámaras atravesadas por el flujo del sustrato (8 (i) - 8 (iv))

o y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo del sustrato en el sentido opuesto (9 (i) - 9 (iv))

al menos parte de las particiones (6) se mueven en su situación espacial y / o la posición, y que el reactor cuenta con al menos un dispositivo de control de las particiones (6) en función del contenido de materia seca del sustrato capaz de fluir

Cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) dispone de un almacen de gas correspondiente al sustrato y un almacen de gas (5 (i) - 5 (iv))

Al menos un almacen de gas (5 (i) - 5 (iv)) de al menos un compartimento (7 (i) - 7 (iv)), seleccionado de todos los almacenes de gas, está separado del otro almacen de gas o de todos los otros almacenes de gas (5 (i) - 5 (iv)) de los otros compartimentos (7 (i) - 7 (iv))

que este almacen de gas tiene como mínimo una salida de gas para la extracción del gas del proceso,

Al menos un compartimento (7 (i) - 7 (iv)) tiene una entrada de gas (10 (i) - 10 (iv)) para la introducion de gas del preceso y/o gas externo

9 Reactor según reivindicación 8, caracterizado por que cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) dispone de un volumen interior destinado al sustrato y de un almacen de gas (5 (i) - 5 (iv)) cuando este almacen de gas propio se ha formado de forma separada de los otros almacenes de gas correspondientes a los otros compartimentos (7 (i) - 7 (iv)).

Reactor según reivindicación 9, caracterizado por que cada almacén de gas (5(i) - 5(iv)) de cada compartimento (7(i) - 7(iv)) dispone de una salida de gas individual (2(i) - 2(iv)) para la extracción del gas del proceso de cada compartimento (7(i) - 7(iv).

11 Reactor según reivindicación 8 a 10, esta caracterizado porque el reactor dispone a lo largo de su eje longitudinal, una multitud de compartimentos posicionados uno al lado de otro (Fig. 7 (i) - 7 (iv)).

12 Reactor según la reivindicación 11, caracterizado porque cada compartimento individual (7 (i) - 7 (iv)) se divide en dos cámaras atravesadas por el sustrato en flujos de sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv )), de las que las cámaras (8 (i) - 8 (iv)) se atraviesan de forma descendente y las cámaras (9 (i) - 9 (iv)) se atraviesan de forma ascendente.

13 Reactor de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la entrada de gas (10 (i) - 10 (iv) está diseñado para la introducción del gas del proceso y / o gas externo por el suelo de la cámara de sustrato de flujo descendente (8(i) - 8(iv).

14. Reactor según reivindicación 11 a 13, caracterizado por que al menos una parte de las particiones (6) están dispuestos de forma desplazable en la dirección del eje longitudinal del reactor.

15. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque las particiones (6) cubren toda la anchura del reactor.