Proceso y dispositivo para fermentación anaerobia.

El método para la fermentación anaerobia de un sustrato capaz de fluir con un contenido en sólidos definido,

usando un reactor que comprende al menos:

• una entrada (1)

•una salida (3),

• una multitud de particiones/tabiques/paredes separadoras (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 de sustrato de sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv),

caracterizado de manera que

para poder aumentar o reducir la relación entre el volumen de una cámara atravesada por el flujo de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de la otra cámara atravesada por el flujo del sustrato en sentido opuesto (9 (i) - 9 (iv))

al menos una parte de las particiones/tabiques/paredes separadoras (6) sean movibles en su situación y / o la posición y / o la extensión espacial,

el movimiento y / o expansión de las paredes de partición/tabiques/paredes separadoras (6) sea controlado en función del contenido de materia seca del sustrato.

(1) La invención concierne un proceso para la producción de biogás, energía eléctrica y energía térmica a partir de materiales biológicos, y más específicamente a un método para la fermentación anaerobia de un sustrato fluido usando un reactor que contiene al menos:

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 a su vez cada compartimento (7 (i) - 7 (iv)) en al menos dos cámaras atravesadas por flujos de sustrato de sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv)).

(2) La invención concierne igualmente un reactor que llega a aplicarse para el procedimiento que es subjeto de la patente.

(3) El proceso de producción de biogás a partir de material biológico de partida bajo la exclusión de oxígeno (anaeróbico) se puede dividir en cuatro pasos principales:

En el primer paso, la "hidrólisis", los compuestos complejos del material del sustrato (por ejemplo, hidratos de carbono, proteínas, grasas) se descomponen en compuestos orgánicos más simples (por ejemplo, aminoácidos, azúcares, ácidos grasos) que son unos productos intermedios. Las bacterias implicadas producen para ello las enzimas libres que descomponen el material de manera biológica.

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 (C2) 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.

(4) 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.

(5) Del documento WO 26/124781, 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 [3].

(6) En US 27/25 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.

(7) 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.

(8) 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. El trasfondo de esto 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.

(9) 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

(1) 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.

(11) 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.

(12) 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).

(13) La invención se basa en el objetivo/la tarea/el reto 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.

(14) La tarea se logra de acuerdo con la invención por un proceso para la fermentación anaerobia de un sustrato capaz de fluir, con un contenido de materia seca definido, utilizando un reactor, que contiene al menos:

una entrada (1)

una salida (3),

una multitud de particiones/tabiques/paredes divisoras (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)) -a su vez en al menos dos cámaras - atravesadas por flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv))

Cuando el método propuesto aquí se caracteriza por:

poder aumentar o reducir la relación entre el volumen de 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/tabiques/paredes divisoras (6) están dispuestos para ser movibles en su situación espacial y / o la posición y / o la extensión espacial,

cuando el movimiento y / o la expansión de las paredes de partición/tabiques/paredes divisoras (6) se controla en función del contenido de materia seca del sustrato.

(15) Para el método propuesto se utiliza preferiblemente un reactor, fabricado de acero en forma cúbica o cilindrica, y en caso de la última, con una forma circular o elíptica. Al menos para los diseños más pequeños, tales como, por ejemplo, los reactores de investigación, son adecuados los materiales de construcción como vidrio acrílico, plástico y plástico reforzado con fibra. Para grandes reactores preferiblemente se presentan el hormigón, el acero y hormigón armado para el suelo y las paredes laterales, así como el acero y los plásticos reforzados con fibra para el techo, sin de que hubiera limitación alguna respecto a la presente invención en cuanto a las formas de diseño o los materiales anteriormente mencionados. Con respecto al volumen interior de los reactores son preferidos y presentables los órdenes de magnitud de 4 litros para reactores experimentales hasta 2 m3 para grandes reactores.

(16) En la forma preferida de realización del método propuesto, el reactor utilizado, en un diseño igualmente preferido, contiene a lo largo de su eje longitudinal una multitud de compartimentos posicionados uno al lado del otro (fig. 7 (i) - 7 (iv)). En muchos de los experimentos previos a la invención, se utilizaron para el procedimiento de la invención especialmente aquellos reactores en los que cada compartimiento (7 (i) - 7 (iv)) está separado en dos cámaras atravesadas por flujos del sustrato en sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv)), de las que en las cámaras (8 (i) - 8 (iv)) - por cada compartimento la primera cámara que atraviesa el sustrato-... [Seguir leyendo]

1. El método para la fermentación anaerobia de un sustrato capaz de fluir con un contenido en sólidos definido, usando un reactor que comprende al menos:

una entrada (1)

una salida (3),

una multitud de particiones/tabiques/paredes separadoras (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 de sustrato de sentidos contrarios (8 (i) - 8 (iv), 9 (i) - 9 (iv),

caracterizado de manera que

para poder aumentar o reducir la relación entre el volumen de una cámara atravesada por el flujo de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de la otra cámara atravesada por el flujo del sustrato en sentido opuesto (9 (i) - 9 (iv))

al menos una parte de las particiones/tabiques/paredes separadoras (6) sean movibles en su situación y / o la posición y / o la extensión espacial,

el movimiento y / o expansión de las paredes de partición/tabiques/paredes separadoras (6) sea controlado en función del contenido de materia seca del sustrato.

2. Proceso según la reivindicación de patente 1, que se caracteriza por el reactor que contiene a lo largo de su eje longitudinal, una multitud de compartimentos posicionados uno al lado de otro (Fig. 7 (i) - 7 (iv)).

3. Proceso según la reivindicación de patente 2, 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 de sustrato descendente y las cámaras (9 (i) - 9 (iv)) por un flujo de sustrato ascendente.

4. Proceso según una de las reivindicaciones de patente 2 o 3, se caracteriza porque al menos una parte de las paredes de partición/tabique/paredes separadoras (6) están instaladas/os de forma desplazable en su orientación a lo largo del eje longitudinal del reactor en función del contenido de materia seca del sustrato.

5. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 4, 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 de sustrato ascendente (9 (i) - 9 (IV) aumenta con el contenido de materia seca del sustrato.

6. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 5, caracterizado porque la relación entre el volumen respectivo de las cámaras atravesadas por el flujo descendente de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravresadas por el flujo ascendente de sustrato (9 (i) - 9 (iv )) con un contenido de materia seca de <2 % en peso está en un intervalo de [1: 3,5] a [1 : mayor que 2,5].

7. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 5, caracterizado porque la relación entre el volumen respectivo de las cámaras atravesadas por el flujo de sustrato descendente (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravresadas por el flujo ascendente de sustrato (9 (i) - 9 (iv )) con un contenido de materia seca de 2 % en peso -5 % en peso a 5 está en un intervalo de [1: 2,5] a [1 mayor que 1,5].

8. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 5, caracterizado porque la relación entre el volumen respectivo de las cámaras atravresadas por el flujo descendente de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravresadas por el flujo ascendente de sustrato (9 (i) - 9 (iv )) con un contenido de materia seca de 5 % en peso a 1% en peso está en un intervalo de [mayor que 1 : 1,5] a [menos 1,5 : 1].

9. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 5, caracterizado porque la

relación entre el volumen respectivo de las cámaras atravresadas por el flujo descendente de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravresadas por el flujo ascendente de

sustrato (9 (i) - 9 (iv )) con un contenido de materia seca de 1 % en peso a 15 % en peso

está en un intervalo de [mayor que 1,5 : 1] a [2,5 : 1].

1. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 3 o 5, caracterizado porque la

relación entre el volumen respectivo de las cámaras atravesadas por el flujo descendente de sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo ascendente de

sustrato (9 (i) - 9 (iv )) con un contenido de materia seca de 15 % en peso - a 2 % en peso

está en un intervalo de [mayor que 2,5 : 1] a [3,5 : 1].

11. Reactor para la fermentación anaerobia de un sustrato capaz de fluir con un contenido de sólidos definido, que contiene al menos:

una entrada (1)

una salida (3),

una multitud de particiones/tabiques/paredes separadoras (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 entre el volumen de una de las cámaras atravesadas por el flujo del sustrato (8 (i) - 8 (iv)) y el volumen de las cámaras atravesadas por el flujo de sustrato en el sentido opuesto (9 (i) - 9 (iv))

al menos parte de las particiones/tabiques/paredes separadoras (6) sean movibles en su situación y / o la posición y / o la extensión espacial,

y que el reactor incluya al menos un dispositivo de control del movimiento de las paredes de partición/tabiques/paredes separadoras (6) en función del contenido de materia seca del sustrato.

12. Reactor según la reivindicación de patente 11, caracterizado porque el reactor, a lo largo de su eje longitudinal, contiene una multitud de compartimentos posicionados uno al lado del otro ( 7 (i) - 7 (iv)).

13. Reactor según la reivindicación de patente 12, 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.

14. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones de patente 12 o 13, caracterizado porque al menos una parte de las particiones/tabiques/paredes separadoras (6) están dispuestos de forma desplazable en la dirección del eje longitudinal del reactor.

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