Procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en fermentadores anaerobios.

Procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en fermentadores anaerobios,

en el que materias primas renovables se incorporan a al menos un primer fermentadorreactor anaerobio junto con líquido y otras sustancias de partida necesarias para la metanogénesis, y allí se someten a un proceso de fermentación, seguidamente el residuo de la fermentación se somete a una separación de fases sólido-líquido y la fase sólida separada se somete a una hidrólisis por termo-presión a temperaturas de al menos 170ºC y presiones de al menos 1,0 MPa, y la fase sólida, así tratada, se devuelve al primer fermentadorreactor anaerobio o se aporta a un segundo fermentador-reactor anaerobio y se somete a otro proceso de fermentación, y en el que al menos porciones de la fase líquida son aportadas después de la separación de fase sólido-líquido al primer o al segundo fermentador-reactor anaerobio.

Procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en 5 fermentadores anaerobios La invención se refiere a los sectores de la bioquímica y generación de energía, y se refiere a un procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en fermentadores anaerobios, el cual se emplea en una instalación de generación de biogás, y cuyo empleo es posible tanto en la mono

fermentación de materias primas renovables como también en la co-fermentación con fertilizantes industriales (p. ej. abono líquido) en instalaciones de biogás agrícolas o en la co-fermentación con lodos de clarificación en instalaciones de clarificación municipales.

La transformación de biomasa en biogás a explotar energéticamente bajo el aprovechamiento de la capacidad de rendimiento bioquímica de una población mixta anaerobia de microorganismos se pone en práctica a gran escala tanto en instalaciones de biogás agrícolas como también en digestores de instalaciones de clarificaciones municipales. La técnica de procedimiento utilizada en este caso abarca un espectro muy amplio de combinaciones de números y conexiones de los fermentadores, temperatura del proceso (mesófila, termófila) , tratamiento del sustrato, régimen de carga, mezcladura a fondo, tiempo de permanencia y solicitación del espacio.

En el aprovechamiento de materias primas renovables en calidad de sustrato principal o co-sustrato para la generación de biogás, su estructura química impide una reacción completa en biogás. Porciones grandes del material vegetal se componen de celulosa, hemicelulosa y lignina difícilmente o para nada accesibles para microorganismos. Esto conduce, en el caso de emplear tecnologías de fermentación habituales, las cuales, aparte de un desmenuzamiento tosco mecánico del material de entrada, no ejercen ningún tratamiento más amplio del sustrato, a grados de degradación insatisfactorios y, en parte, no rentables. Los tiempos de permanencia de los sustratos en fermentadores anaerobios son con 50 a 150 días muy largos, y el rendimiento energético en forma de biogás es, a pesar de todo, no satisfactorio.

Además, en el caso de reactores conectados en serie (cascadas) , sólo el primer reactor está totalmente aprovechado, dado que la mayor parte de las sustancias orgánicas microbiológicamente disponibles ya se ha hecho reaccionar en los primeros 20 a 30 días. Todos los reactores conectados a continuación están muy seriamente limitados en su rendimiento de degradación y velocidad. La causa es la hidrólisis muy lenta de las fracciones orgánicas remanentes. Esta etapa de degradación que limita la velocidad conduce a una carga incompleta de la metanogénesis, la cual presenta todavía claras reservas.

Para el mejor aprovechamiento de la energía contenida de manera primaria en las materias primas renovables durante la fermentación se ha de acelerar externamente la hidrólisis, es decir, la descomposición de macromoléculas complejas en sus componentes básicos. Para ello existe, según el estado conocido de la técnica 40 y, ante todo en el sector de la obtención de materias primas a partir de materias primas renovables (química de los elementos) , una serie de procedimientos. Diferentes combinaciones a base de un tratamiento previo mecánico (desmenuzamiento, molienda) , métodos físicos (procedimiento de explosión a vapor, tratamiento con agua caliente, hidrólisis por termo-presión) , químicos (ácidos, lejías, oxidación en húmedo) y enzimáticos se emplean, p. ej., para una lisis de celulosa y hemicelulosa. Sin embargo, los métodos mencionados no se pueden emplear 45 directamente en el sector de aplicación del generador de biogás, dado que, por ejemplo, la demanda de energía y productos químicos para las corrientes en volumen a tratar es elevadamente no rentable. En el caso de la fermentación o co-fermentación de materias primas renovables se emplean, según el estado conocido de la técnica, los siguientes procedimientos para una intensificación de la degradación:

50. Disgregación previa mecánica (p. ej. mediante extrusora)

* necesario elevado contenido en sólidos del sustrato a tratar → empleo anterior a los primeros fermentadores para sustratos sólidos (ensilajes) ,

* escasa aceleración de la degradación en el primer fermentador, el cual posee un buen

rendimiento de degradación también sin tratamiento del sustrato, 55

- Dosificación de enzimas

* especializada a unos pocos grupos de sustratos (p. ej. celulosa) ,

* escaso aumento del grado de degradación

* coste relativamente elevado para las enzimas,

- Hidrólisis/metanización separada, separación sólido-líquido y control del pH mediante retorno de la fase 5 líquida (documento EP 0 566 056 A1)

* desacoplamiento de la corriente principal de las sustancias sólidas, difícilmente hidrolizables,

* hidrólisis biológica de los sólidos separados en fermentadores extra → hidrólisis demasiado lenta y limitada por una capacidad limitada de lisis de los microorganismos,

- Desintegración térmica entre primero y segundo fermentadores conectados en serie (documentos DE 198 58 187 C2, DE 103 45 600 A1)

* de 10 a 120 min a 60 hasta 90ºC → temperaturas demasiado elevadas para la conservación de bacterias generadoras de metano y demasiado bajas para la lisis de las fracciones difícilmente degradables,

- Desintegración térmica como etapa intermedia (documento FR 2 711 980 C2)

* tratamiento a plena corriente a 80 hasta 175ºC → consumo muy elevado de energía y exterminio de las bacterias generadoras de metano, - Deshidratación y tratamiento térmico (documento EP 0 737 651 A1)

* a 60ºC o superior → temperaturas demasiado bajas para una lisis eficaz.

En el documento WO 2006/042551 se describe un procedimiento para la producción de biogás a partir de desechos orgánicos, el cual comprende las siguientes etapas:

i) fermentación de los desechos orgánicos en un primer reactor de biogás; ii) hidrólisis de los desechos orgánicos disgregados en un tanque de hidrólisis anaerobio; y iii) fermentación de los desechos orgánicos hidrolizados en un segundo reactor de biogás; en donde los gases que se desprenden del tanque de hidrólisis anaerobio son eliminados en la parte superior del tanque mediante circulación de gas.

Los inconvenientes de las soluciones del estado conocido de la técnica consisten, ante todo, en el rendimiento insuficiente de gas en comparación con el tiempo de permanencia total de las materias primas renovables en la instalación de biogás.

La misión de la presente invención consiste en indicar un procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en fermentadores anaerobios, el cual se realice en un tiempo de permanencia total más corto de las materias primas renovables en la instalación de biogás y/o con una mayor cantidad y/o calidad del biogás.

La misión se resuelve mediante la invención indicada en las reivindicaciones. Ejecuciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

En el procedimiento de acuerdo con la invención para la conversión de biomasa procedente de materias primas 45 renovables en biogás en fermentadores anaerobios se incorporan materias primas renovables en al menos un primer fermentador-reactor anaerobio conjuntamente con líquido y otras materias primas necesarias para la metanogénesis, y allí se someten a un proceso de fermentación, seguidamente el residuo de la fermentación se somete a una separación de fases sólido-líquido y la fase sólida separada se somete a una hidrólisis por termopresión a temperaturas de al menos 170ºC y presiones de al menos 1, 0 MPa, y la fase sólida, así tratada, se 50 aporta al primer fermentador-reactor anaerobio o a un segundo fermentador-reactor anaerobio y se somete a otro proceso de fermentación, y al primer fermentador-reactor anaerobio se aportan al menos porciones de la fase líquida después de la separación de fases sólido-líquido.

Ventajosamente, como otras materias de partida necesarias para la metanogénesis se añaden abono líquido y/o 55 lodos de clarificación y/o aguas del proceso.

Asimismo de manera ventajosa, la separación de fases sólido-líquido se lleva a cabo mediante prensado,

centrifugación o tamizado.

Además, ventajosamente, la hidrólisis por termo-presión se completa mediante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la conversión de biomasa procedente de materias primas renovables en biogás en fermentadores anaerobios, en el que materias primas renovables se incorporan a al menos un primer fermentador5 reactor anaerobio junto con líquido y otras sustancias de partida necesarias para la metanogénesis, y allí se someten a un proceso de fermentación, seguidamente el residuo de la fermentación se somete a una separación de fases sólido-líquido y la fase sólida separada se somete a una hidrólisis por termo-presión a temperaturas de al menos 170ºC y presiones de al menos 1, 0 MPa, y la fase sólida, así tratada, se devuelve al primer fermentadorreactor anaerobio o se aporta a un segundo fermentador-reactor anaerobio y se somete a otro proceso de fermentación, y en el que al menos porciones de la fase líquida son aportadas después de la separación de fase sólido-líquido al primer o al segundo fermentador-reactor anaerobio.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que como otras sustancias de partida necesarias para la metanogénesis se añaden abono líquido y/o lodos de clarificación y/o aguas del proceso.

1.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la separación de fases sólido-líquido se lleva a cabo mediante prensado, centrifugación o tamizado.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrólisis por termo-presión se completa mediante etapas 20 de tratamiento mecánicas de la fase sólida antes o durante la hidrólisis por termo-presión.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrólisis por termo-presión se completa mediante etapas de tratamiento químicas y/o enzimáticas de la fase sólida antes de la hidrólisis por termo-presión.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrólisis por termo-presión se lleva a cabo a temperaturas en el intervalo de 170 a 250ºC.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrólisis por termo-presión se lleva a cabo a presiones de 1 a 4 MPa.

3.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrólisis por termo-presión se lleva a cabo mediante el aprovechamiento del calor residual de otros procesos.