Mejora en la producción del biogás y aprovechamiento

Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

Ponente:Pilar Icaran LópezDep. Innovación y Tecnologia

II FORO LEQUIARETOS Y OPORTUNIDADES DE LA

PURIFICACIÓN DEL BIOGÁS

Mejora en la producción del biogás y aprovechamiento energético como

biocombustible


Energías renovablesEl agua sucia que mueve cochesAqualia desarrolla en la depuradora de El Portal un proyecto de generación de biocombustible para vehículos con el metano de las aguas residuales.

http://m.diariodejerez.es/jerez/agua-sucia-mueve-coches_0_1086191743.html

Movilidad autóctona y sostenible


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� El proyecto SMART Green Gas investigará durante los próximos cuatro años la valorización energética de residuos y efluentes a través de la obtención de biometano.

� Este combustible autóctono y renovable se utilizará en el sector de la automoción o para la inyección en la red de distribución de gas natural.

� Para alcanzar este objetivo, se desarrollarán nuevos sistemas de máxima eficiencia para la producción de biogás y de biometano, así como procedimientos para el refino, control y distribución inteligente de biometano.

OBJETIVOS


� Contribuir con una nueva tecnología al suministro autóctono de la demanda de energía con fuentes renovables, atendiendo las prioridades españolas y del espacio europeo (20, 2020)

� Apoyo a la Sostenibilidad Energética y Lucha contra el Cambio Climático

� El fomento de generación de energía autóctona y renovable es uno de los objetivos en la UE (Directiva 2009/28/CE).

� Dentro de la reducción de emisiones de GEI se contempla el fomento y uso de biometano (comunicación CE).

� El transporte de energía a través de gaseoductos es más eficiente y flexible (almacenamiento de energía) que a través de redes eléctricas.

� Incremento en la valorización de residuos� Reducir las emisiones de la flota de 95g CO2/km frente a 147g CO2/km

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Necesidad del proyecto


� El problema se aborda de manera integral y global y por ello se actuará en cuatro niveles de la cadena de valor:o Pre-tratamiento de residuos.o Producción de Biogás con la máxima eficiencia.o Purificación y valorización (“upgrading”) del Biogás para producción

de Bio-Metano o Gas Natural Renovable de alta pureza o concentración.

o Distribución inteligente mediante monitorización y control remota en tiempo real de todas las fases anteriores y de la inyección a red.

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Como se ha diseñado


Ventajas del biometano como biocombustible

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� Para ello, el proyecto se ha estructurado en tres líneas de trabajo:

1.Desarrollo de sistemas de nueva generación de máxima eficiencia para la producción de biogás.

2. Desarrollo de novedosas técnicas de tratamiento, refino y producción de biometano.

3. Desarrollo de innovadores sistemas para el control y distribución inteligente de biometano sistema distribución inteligente y especializada, SMART GRID GAS.

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ACTIVIDADES


� Optimización de producción de biometano mediante pre-tratamiento de lodos con acido nitroso (FNA)

� Optimización mediante proceso electroquímico para el incremento de producción de biogás e Integración en digestor y ensayos de campo sistema electroquímico integrado (colabora también DIMASA grupo)

� Metanización bioelectroquímicaDoctor Colprim

� Optimización con sistemas de producción de Biometano mediante la conversión biológica de CO2 en reactores anaerobios de alta presión autogenerada.

� Optimización mediante Co-Digestión con valorización de nitrógeno y gas. Estudio de codigestión de La Ranilla (aguas glicerinosas)

Actividad I (FCC aqualia)

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� Producción de Biometano de alto valor mediante nuevas tecnologías de limpieza y purificación de biogás. Prototipo EDAR de Jerez.

� Microoxigenación para eliminación de SH2 dentro del digestor anaerobio

� Otros socios:o Desarrollo de tecnología de purificación mediante membranas de matriz

mixta (MMM) y contactores de membrana.• Desarrollo de Nuevas Membranas Híbridas.

o Producción de Biometano de alto valor mediante Hidrogenación catalítica avanzada de CO2

o Producción de Biometano de alto valor mediante Enriquecimiento del biogás a través de reacción biológica de H2 y CO2: Metanogénesis.

o Integración de tecnologías de depuración e hidrogenación catalítica y análisis de viabilidad y optimización de la Unidad de Valorización Adaptativa

Actividad II

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Estado del Arte

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TECHNOLOGY FIXED

COSTS

OPERATIONAL

COSTS

Physico-chemical technologies

Sulphide precipitation - ++

Ferric quelates ++ +

Fe(OH)3 ++ +

Fe2O3 ++ +

Activated carbon - ++

Zinc Oxide - ++

Surfactants + +

Glicols and ethanolamines ++ ++

Direct oxidation + ++

Biological technologies

Microaerobic removal - -

Biotrickling filter + -

Biofilter / Bioscrubber ++ -

Algae - +

VENTAJAS

� Sin unidadadicional

� Bajo costeoperación

� Menor dilución del biogás comparadocon biotrickling o biofiltros

COSTE TRAMIENTOS ELIMINACIÓN H2S

CONSIDERACIONES

× Seguridad

× Formación Sº

POCA INFORMACIÓN

SOBRE SU APLICACIÓN

NECESIDAD ESTUDIOS I+D

ALTO COSTE OPERACIÓN

MENOR COSTE OPERACIÓN


�2� +1

2�2 → �

0+ �2�

�0

+ �2� +3

2�2 → ��4

2−+ 2�

+

�2� + 2�2 → ��4

2−+ 2�

+

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La predominancia sobre el azufre o sulfato como producto final de la oxidación depende de la accesibilidad al oxigeno; con lo cual, en condiciones limitadas de O2 (microaerobicas), el azufre será el mayor producto.

Microoxigenación


EVOLUCIÓN I+D

PILOTO

LABORATORIO

200 L

PROTOTIPO

INDUSTRIAL

5 m3

DIGESTIÓN LODO EDAR

PLANTA

INDUSTRIAL

1800 m3

Aranda de Duero


Microoxigenación en Aranda de Duero

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� Efectividad en eliminación de Sulfhídrico del 97,5 %� Coste anual (electricidad) 0,08 céntimos de euro m3 tratado� Si se incluye inversión amortizada en 1 año y mantenimiento no se

llega a un coste de 0,5 céntimos el m3 tratado

Aranda de Duero


Deposición de S versus sales de hierro y arenas

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� Deposición “teórica” de S elemental: 1,5 kg/día; 550 kg/año� Tratamiento con sales de hierro 17.400 kg/año= 2600 euros en sales mas coste

evacuación de 17,5 toneladas mas.� 100 m3/día fango aprox 2,5 kg S/día similar a las arenas (primario) que en

parte se acumulan � Ahorro en mantenimiento por corrosión de cogeneración etc.

EJEMPLO:� 100 m3/día lodo mixto� 50 % primario y arenas 3-5%� 1000 m3 biogás/día� 2000 ppm H2S


� Sistema inteligente de medida remota de la calidad del biometano durante el proceso integrado de produccióno Desarrollo de un prototipo y validación de equipos en Laboratorio

• Sensores para gases permanentes, H2S, siloxanos, BTX, análisis de Cl y F, microorganismos, NH3 y H2S y S total. Optimización y análisis – UVAo Desarrollo de indicadores Luminiscentes para monitorización on-line de

H2S/RSH, NH3 y O2 – UCM

� Sistema de monitorización-actuación para la inyección especializada de biometano a la red de GN

� Diseño conceptual integrado del sistema de distribución inteligente

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Actividad III


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INYECCIÓN EN RED (NORMA ESPAÑOLA)

= 48,2/57,6 MJ/M3

Esto implica la participaciónde otras empresas GNF o ENAGAS por lo que siempre será mas complicado…


Sistema de purificación en Jerez


81

82

83

84

85

86

87

88

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10

%C

H4

%N

2/%

CO

2

L/G

%CO2

%N2

% CH4

Biogas de calidad

diferentesBiometano de

calidad estable

Eliminación:

• 88 % CO2

• 97 % H2S

• CH4 lost 2-4%

Calidad suficiente para automoción:

CH4: 87.6 %N2: 8.79 %CO2: 3.6 %

Wobbe Index: 44.08 MJ/m3

Normativa L-Gas:37.8 - 46.8 MJ/m3

PRUEBAS EN EL INTERCAMBIADOR PILOTO


ELIMINACIÓN DE SULFHÍFRICO (H2S)

PRUEBA 1 COLUMNA (ABSORCIÓN)BIOGAS 1: BIOGÁS SINTÉTICO CON 20,000 PPM H2S � SALIDA CON <200 PPM

PRUEBA 2 COLUMNAS (ABSORCIÓN + ADSORCIÓN EN SULFATREAT®)

BIOGAS REAL CON BAJO NIVEL DE H2S (200 PPM) � SALIDA CON <10 PPM *

97% ELIMINACIÓN

H2S

*según norma alemana H2S < 21 ppm para biofuel vehicular


PRUEBAS DOBLE COLUMNA CHICLANA

Calidad H-Gas para automoción:CH4: 92,7 %N2: 1,1 %CO2: 6,2 %

Wobbe Index: 46,9 MJ/m3

Normativa H-Gas*:46,1 – 56,5 MJ/m3

Eliminación:

• 84 % CO2

•CH4 lost 2-3 %

*según norma alemana


BIOGAS 57% CH4UP-GRADING DOBLE COLUMNA:

L MÁX = 128 M3/DIAL/G MIN = 0,8 � G MAX = 160 M3/DIA = 6 M3/H Siloxans micro g/m3

trimetilsilanol 230,71

L2 6,25

D3 26,15

L3 17,21

D4 348,18

L4 8,13

D5 4779,80

L5 1,60

D6 68,82

Total siloxans 5486,86

CHICLANA PILOTO CHICLANA DEMO JEREZ METAMORPHOSISCaudal biogas a upgrading(m3/h) 0,4 20 20 0,7Caudal biometano (m3/h) 0,27 14,4 3 0,4Nº km/año (3.5 kg/100 km) 42574 2270592 473040 63072nº coches (30000 km/año) 1,4 75,7 15,8 2,1


ESCALADO AL SISTEMA DE TRIPLE COLUMNA

Se espera alcanzar en el sistema de triple columna un biometanode la siguiente composición (valores teóricos según simulación):

• 95 % CH4 • 3.6 % N2• 1.4 % CO2

SIMULADO


Servicios Ciudadanos

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 500 1000 1500 2000

Inv

est

me

nt

€/(

Nm

3h

)

Capacity raw biogas (Nm3/h)

Water scrubbing

Water scrubbing + regeneration

Chemical scrubbing

Organic Physiscal scrubbing

PSA

Membrane

Cryogenic

Potencial (ABAD)

ESTIMADOS INICIAL:• CAPEX = 60% water scrubbingCOSTES PILOTO JEREZ (20 Nm3/h):• CAPEX = 3000 €/(Nm3/h) en fase de optimización

RANGO DEPURADORAS AQUALIA(<150 NM3/H)

CAPEX-OPEX ABAD (SIN AFINO)


Servicios Ciudadanos

INICIAL ESTIMADOS:• OPEX = consumo soplantes

2,5 c€/Nm3 x3 + 33%

LA BIOGASINERA DE JEREZ UNA REALIDAD!

COSTES PILOTO JEREZ (20 Nm3/h):• OPEX = consumos reales en estudio

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

PSA Water

scrubbing

Organic

physical

scrubbing

Chemical

scrubbing

Membrane Cryogenic ABAD

kW

h/N

m3b

iog

as

Documents

Mejora en la producción del biogás y aprovechamiento