Biorreactor para la metanización de biomasa y una planta de biogás para generar energía térmica, eléctrica o mecánica a partir de biomasa, con un biorreactor de este tipo, así como procedimiento para regular y controlar una planta de biogás de este tipo.

Biorreactor para la metanización de biomasa, con - un tanque (2;

200) digestor para alojar la biomasa, el cual puede cerrarse de forma estanca al gas mediante una tapa (14); - un dispositivo (20) de calefacción plano previsto en la pared del tanque; - una toma (18) de extracción del biogás; y - un dispositivo (22) de drenaje del líquido escurrido; caracterizado porque - el tanque (2; 200) digestor está configurado a modo de un garaje prefabricado de hormigón armado, y - porque el dispositivo (20) de calefacción plano está dispuesto en la plancha (4) del fondo del tanque (2; 200) digestor.

Biorreactor para la metanización de biomasa y una planta de biogás para generar energía térmica, eléctrica o mecánica a partir de biomasa, con un biorreactor de este tipo, así como procedimiento para regular y controlar una planta de biogás de este tipo.

La invención se refiere a un biorreactor para la metanización de biomasa, a una planta de biogás que funciona con un biorreactor de este tipo para generar energía térmica, eléctrica o mecánica a partir de biomasa, y a un procedimiento para controlar y regular la planta de biogás.

Para generar biogás a partir de biomasa procedente de la industria agrícola o de residuos biológicos se conoce, a partir del documento EP 0 934 998, un denominado "procedimiento de fermentación en seco" para la metanización de biomasa semi-húmeda, inoculada, que puede verterse, apilarse o partirse en trozos. A la biomasa introducida en un recipiente estanco al gas se le añade material inoculante y la masa de reacción formada de esta manera se fermenta con ausencia de aire.

La tarea de la presente invención es indicar un biorreactor rentable para este procedimiento de fermentación en seco. Además, es tarea de la invención indicar una planta de biogás segura. Asimismo, es tarea de la presente invención indicar procedimientos para poner en funcionamiento y controlar este tipo de plantas de biogás.

Estas tareas se solucionan mediante las características de las reivindicaciones 1, 10, 19, 21 ó 22.

El biorreactor según la reivindicación 1 presenta una estructura muy sencilla. A través de la tapa, que puede cerrarse de forma estanca al gas y está realizada de forma suficientemente grande, puede rellenarse biomasa en el recipiente de forma sencilla y la biomasa residual puede extraerse de nuevo fácilmente tras la metanización. Gracias al dispositivo de calefacción plano previsto en la pared del tanque se facilita la temperatura necesaria para la metanización. Además, mediante la regulación del calentamiento puede actuarse sobre el proceso de gasificación. El líquido escurrido evacuado preferiblemente a través del dispositivo de drenaje del líquido escurrido puede, dado el caso, alimentarse nuevamente al tanque digestor tras su tratamiento.

Según una configuración ventajosa de la invención según las reivindicaciones 2 y 3, la tapa que cierra el tanque digestor de forma estanca al gas está dotada con una manguera de obturación que puede inflarse. En el estado cerrado, se infla la manguera de obturación y, de un modo sencillo, la tapa se cierra herméticamente de forma estanca al gas respecto a la pared del tanque.

Según otra configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 4, la tapa puede accionarse de forma hidráulica dado que ésta, con las dimensiones correspondientes, apenas puede accionarse de forma manual.

Según una configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 5, el tanque digestor está realizado de forma cúbica o en forma de paralelepípedo, de modo que la tapa forma una pared del cubo o paralelepípedo. Con ello se obtiene, por una parte, una construcción sencilla y, por otra parte, una abertura suficientemente grande para cargar y rellenar el tanque digestor. Con ello se simplifica adicionalmente la fabricación del tanque digestor.

Según una configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 6, la cubierta del tanque digestor puede levantarse mediante cilindros elevadores y volverse a cerrar de forma estanca al gas. Con ello se garantiza una rápida ventilación del tanque digestor.

Según una configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 7, el tanque digestor está configurado de forma cilíndrica y la tapa tiene la forma de una cubierta en forma de disco. Esta forma es especialmente adecuada para pacas de paja redondas como biomasa.

Según una forma de realización ventajosa de la invención según la reivindicación 8, el dispositivo de calefacción está integrado en la plancha del fondo a modo de un dispositivo de calefacción de suelo; dado que los gases calientes suben hacia arriba, se consigue con ello un calentamiento uniforme de la biomasa en el tanque digestor. De forma adicional o alternativa, también puede integrarse el dispositivo de calefacción en la pared restante del tanque.

Según otra configuración ventajosa de la invención según la reivindicación 9, el tanque digestor está construido a modo de un garaje prefabricado de hormigón armado. El lado abierto del "garaje prefabricado" se cierra de forma estanca al gas mediante la tapa. Con ello se obtiene una construcción muy rentable.

Según la reivindicación 10, se proporciona una planta de biogás con un biorreactor según la invención.

Según la reivindicación 11, se proporciona una planta de biogás, especialmente con un biorreactor según la invención, que hace innecesario el almacenamiento intermedio del biogás generado en el biorreactor. Esto sucede gracias a una regulación según la reivindicación 19. Dado que el consumidor de biogás, por ejemplo, una central termoeléctrica en bloques, una caldera de combustión, una célula de combustible, etc., se hace funcionar con diferentes intervalos de carga, se consigue que sólo se consuma en cada caso el biogás generado. Como consecuencia, sobra un almacenamiento intermedio del biogás generado. La alimentación de biogás procedente de los reactores de biogás al consumidor de biogás se controla mediante un dispositivo para registrar la presión diferencial y un dispositivo para regular el consumidor de biogás, de manera que la diferencia de presión en el reactor de biogás correspondiente y la presión ambiental se sitúa dentro de un determinado intervalo de presión. Si aumenta la presión diferencial entre la presión del gas en el biorreactor y la presión ambiental, se alimenta más biogás al dispositivo consumidor de biogás, de manera que éste genera energía térmica, eléctrica o mecánica con mayor potencia. Si desciende la diferencia de presión, se estrangula la alimentación de biogás al dispositivo consumidor de biogás y, con ello, desciende la potencia del dispositivo consumidor de biogás.

De esta manera se ahorran recipientes, por ejemplo, en forma de globo, para el almacenamiento intermedio del biogás generado en los biorreactores. Con ello se elimina por completo un potencial de riesgo considerable de este tipo de recipientes de almacenamiento intermedio de biogás y se aumenta considerablemente la seguridad de las plantas de biogás.

La planta de biogás según la reivindicación 13 se caracteriza también por un aumento de la seguridad. Esto se consigue, según la técnica de regulación, mediante un procedimiento según la reivindicación 21. Si los reactores de biogás se vuelven permeables, puede formarse en el biorreactor una mezcla de biogás / oxígeno explosiva y fácilmente inflamable. Con ello, debido a la descarga de chispas, los cigarrillos o la electricidad estática pueden producirse graves explosiones. En el caso de la planta de biogás según la reivindicación 13, se mide o supervisa de forma continua la presión parcial del oxígeno en el biorreactor correspondiente. Si la presión parcial del oxígeno sobrepasa un valor determinado en el biorreactor correspondiente, esto constituye un indicio de que se ha producido una fuga y penetra oxígeno. Para evitar este estado de riesgo, al sobrepasar un valor umbral para la presión parcial de oxígeno, el conducto de biogás cierra el biorreactor correspondiente. Al mismo tiempo, se conduce gas de desecho, es decir, fundamentalmente CO₂, procedente del consumidor de biogás, pasando por un conducto de lavado de gases de desecho, al biorreactor con la presión parcial de oxígeno aumentada, y se abre una válvula de lavado en el biorreactor, de manera que los gases que se encuentran en el biorreactor pueden escaparse fuera del biorreactor y, finalmente, en el biorreactor queda casi exclusivamente dióxido de carbono. Si el biorreactor correspondiente, supuestamente con fugas, se inunda con dióxido de carbono o gas de desecho, éste puede abrirse sin riesgo de explosión y, a continuación, repararse.

La planta de biogás según la reivindicación 15 se caracteriza por una alta seguridad de funcionamiento. Esto se consigue porque, antes de alimentarlos nuevamente al biorreactor, se añaden la composición correspondiente de aditivos al líquido escurrido o percolación que sale del biorreactor...

1. Biorreactor para la metanización de biomasa, con

- un tanque (2; 200) digestor para alojar la biomasa, el cual puede cerrarse de forma estanca al gas mediante una tapa (14);

- un dispositivo (20) de calefacción plano previsto en la pared del tanque;

- una toma (18) de extracción del biogás; y

- un dispositivo (22) de drenaje del líquido escurrido;

caracterizado porque

- el tanque (2; 200) digestor está configurado a modo de un garaje prefabricado de hormigón armado, y

- porque el dispositivo (20) de calefacción plano está dispuesto en la plancha (4) del fondo del tanque (2; 200) digestor.

2. Biorreactor según la reivindicación 1, caracterizado porque la tapa (14) está dotada en su zona del borde con una manguera (130) de obturación circundante que puede inflarse mediante un fluido, especialmente aire.

3. Biorreactor según la reivindicación 2, caracterizado porque la tapa (14) presenta unas dimensiones externas que son menores que las dimensiones internas del tanque (2; 200) digestor en el plano en el que la tapa (14) se extiende en el estado cerrado, de manera que la pared (4, 6, 8, 10; 208) del tanque sobresale de la tapa (14).

4. Biorreactor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tapa (14) puede accionarse por medio de un dispositivo (16) hidráulico.

5. Biorreactor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tanque (2; 200) digestor es cúbico o en forma de paralelepípedo con cuatro paredes (6, 8, 12, 14) laterales, el fondo (4) y la cubierta (10; 204) y la tapa (14) forma una pared, preferiblemente una pared lateral que se dispone de forma vertical, del tanque (2; 200) digestor.

6. Biorreactor según la reivindicación 5, caracterizado porque la cubierta del tanque (200) digestor está configurada como cubierta (204) que puede levantarse y hacerse descender mediante cilindros (202) elevadores, preferiblemente cilindros diferenciales.

7. Biorreactor según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizado porque el tanque digestor presenta la forma de un cilindro y la tapa, la forma de una cubierta circular que cubre un lado frontal del cilindro.

8. Planta de biogás para generar energía térmica, eléctrica o mecánica a partir de biomasa, con

al menos un biorreactor (2; 200) para generar biogás a partir de biomasa según una de las reivindicaciones precedentes,

un consumidor (30) de biogás para generar energía térmica, eléctrica o mecánica,

un conducto (32) de biogás para alimentar el biogás procedente del al menos un biorreactor (2, 200) al consumidor (30) de biogás.

9. Planta de biogás según la reivindicación 8, caracterizada por

un dispositivo (34) de válvulas en el conducto (32) de biogás para regular la cantidad de flujo de biogás,

un dispositivo (44) para registrar la presión diferencial, para registrar la presión diferencial entre la presión que reina en el al menos un biorreactor (2-i) y la presión ambiental, y

un dispositivo (46) para regular el consumidor de biogás para regular el consumo de biogás, de tal manera que la presión diferencial registrada en el dispositivo (44) para registrar la presión diferencial se encuentre en un intervalo de regulación determinado.

10. Planta de biogás según la reivindicación 9, caracterizada porque el intervalo de regulación de la presión diferencial es positivo.

11. Planta de biogás según al menos una de las reivindicaciones precedentes 8 a 10, con

un dispositivo (50) para medir la presión parcial para registrar la presión parcial del oxígeno en el al menos un biorreactor (2-i),

un conducto (54) de lavado de los gases de desecho para alimentar gases de desecho procedentes del consumidor (34) de biogás al al menos un biorreactor (2-i),

un dispositivo (58-i, 60-i) de válvulas para cada biorreactor (2-i) para conectar el conducto (54) de lavado de gases de desecho con el biorreactor (2-i) correspondiente, y para conectar el biorreactor (2-i) correspondiente con el entorno, y

un dispositivo (52) de control para accionar el dispositivo (58-i, 60-i) de válvulas y para inundar el biorreactor (2-i) correspondiente si la presión parcial del oxígeno en el biorreactor (2-i) correspondiente sobrepasa un determinado valor.

12. Planta de biogás según la reivindicación 11, caracterizada porque el dispositivo (58-i, 60-i) de válvulas para cada biorreactor (2-i) comprende un par de válvulas consistente en una válvula (58-i) de cierre en el conducto (54) de lavado de gases de desecho y una válvula (60-i) de lavado hacia el entorno.

13. Planta de biogás según una de las reivindicaciones precedentes 8 a 12, con

un dispositivo (22) de drenaje del líquido escurrido,

un conducto (28, 74) de realimentación de líquido escurrido para realimentar el líquido escurrido recogido mediante el dispositivo (22) de drenaje del líquido escurrido al al menos un biorreactor (2-i),

un dispositivo (72) de medición para registrar parámetros significativos del líquido escurrido recogido mediante el dispositivo (22) de drenaje del líquido escurrido, y

un dispositivo (70) de adición para alimentar aditivos al conducto (74) de realimentación de líquido escurrido de forma correspondiente a los parámetros registrados mediante el dispositivo (72) de medición.

14. Planta de biogás según la reivindicación 13, caracterizada porque el dispositivo (72) de medición del líquido escurrido mide el valor del pH del líquido escurrido, y porque el dispositivo (70) de adición está diseñado para añadir solución cáustica, especialmente hidróxido de calcio o lechada de cal si el valor del pH del líquido escurrido desciende por debajo de un determinado valor.

15. Planta de biogás según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque el dispositivo (70) de adición está diseñado para alimentar nutrientes, especialmente lactosa, para las bacterias activas en los biorreactores (2-i).

16. Planta de biogás según una de las reivindicaciones precedentes 8 a 15, caracterizada porque están previstos varios consumidores (30) de biogás.

17. Procedimiento para regular una planta de biogás según una de las reivindicaciones 8 a 16 con las siguientes etapas del procedimiento:

a) supervisar la diferencia de presión entre la presión en el interior del biorreactor (2-i) correspondiente y el entorno, y

b) regular la cantidad de biogás consumida por el consumidor (30) de biogás, de tal manera que la o las presión(es) diferencial(es) supervisada(s) permanezca(n) en un determinado intervalo de presión.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la regulación de la cantidad de biogás consumida por el consumidor (30) de biogás se lleva a cabo variando la cantidad de flujo de biogás en el conducto (32) de biogás.

19. Procedimiento para regular una planta de biogás según una de las reivindicaciones 11 a 16 con las siguientes etapas del procedimiento:

a) supervisar la presión parcial del oxígeno en los biorreactores (2-i) individuales,

b) cerrar el biorreactor (2-i) correspondiente por medio del conducto (32) de biogás en caso de que la presión parcial del oxígeno sobrepase un determinado valor umbral,

c) inundar el biorreactor (2-i) correspondiente con gases de desecho procedentes del consumidor (30) de biogás, y

d) abrir el biorreactor (2-i) correspondiente.

20. Procedimiento para regular una planta de biogás según las reivindicaciones 13 a 16, con las siguientes etapas del procedimiento:

a) supervisar parámetros significativos del líquido escurrido evacuado del biorreactor (2-i),

b) añadir aditivos de forma correspondiente a los parámetros significativos registrados, y

c) realimentar la mezcla en el biorreactor (2-i) como percolación.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado porque, si se sobrepasa un determinado valor de pH, antes de la realimentación al biorreactor (2-i) se añade hidróxido de calcio o lechada de cal al líquido escurrido.

22. Procedimiento según la reivindicación 20 ó 21, caracterizado porque, antes de la realimentación al biorreactor (2-i) se añaden nutrientes, especialmente en forma de lactosa y/o agentes para la formación de metano, al líquido escurrido.