Valorización del biogás de la EDAR Murcia Este. Uso del biogás

Transcripción

Valorización del biogás de la EDAR
Murcia Este. Uso del biogás como
combustible de vehículos
Marcos Martín González
Jefe del departamento de Producción
Natividad Moya Sánchez
Técnico de producción e I+D+i
Murcia, 16 noviembre 2011
7as JORNADAS TÉCNICAS DE SANEAMIENTO Y DEPURACIÓN
Producción y Aprovechamiento de Biogás en la Depuración
de las Aguas Residuales Urbanas.
ANTECEDENTES
VALORIZACIÓN DE BIOGÁS
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS
ANTECEDENTES
Aguas de Murcia gestiona el ciclo integral del agua en el Municipio de Murcia. Más
de 440.000 ciudadanos que viven en el centro de la ciudad y las pedanías de los
alrededores (890 km2) reciben los servicios de la compañía.
Aguas de Murcia nació como una empresa conjunta entre el Ayuntamiento de Murcia
(51%) y Aquagest Región de Murcia (49%), una compañía privada perteneciente al grupo
AGBAR.
El grupo AGBAR tiene una experiencia de más de 140 años en el sector del agua, con
presencia internacional casi todos los continentes y más de 26 millones de personas
servidas.
Dentro del grupo AGBAR, la gestión de la innovación, el desarrollo tecnológico y la
investigación en el sector del agua va de la mano de CETaqua (Centro Tecnológico del
Agua).
49%
51%
ANTECEDENTES
Costes en una EDAR:
Los costes de operación dependen en gran medida del consumo de energía y de la
cantidad de fango generado y retirado.
Costes Depuración
Fango y residuos
17%
Otros 5%
Personal
30%
Reactivos
5%
Energía 30%
Mantenimiento y
conservación
13%
La energía consumida proviene de combustibles fósiles.
Objetivo:
Optimización energética del proceso de depuración.
Valorización de un subproducto del tratamiento de las aguas residuales: biogás.
ANTECEDENTES
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Posibilidades de valorización de biogás:
Generación Térmica: Calderas
Cogeneración/¿trigeneración?
Up-grading
• Biocombustible
• Inyección a red de GN
Reformado
• Pilas de combustible
Generación Térmica: Calderas
Vista de la EDAR Murcia Este
CALOR
ALMACENAMIENTO DE BIOGÁS
DIGESTORES ANAEROBIOS
CÁMARA DE
HOMOGENEIZACIÓN
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
CALDERAS
ANTORCHA DONDE SE
QUEMA EL EXCESO DE
BIOGÁS
Esquema general de un sistema de producción de biogás, almacenamiento y posterior quemado en
antorcha. Parte del biogás producido se emplea como combustible para el calentamiento de fango de
los propios digestores.
Cogeneración/¿trigeneración?
Esquema sistema de cogeneración EDAR Murcia Este.
Sistema de reducción de H2S
Up-grading
• Biocombustible
• Inyección a red de GN
•
•
•
•
•
Compresores
Remoción Humedad
(Refrigeración)
Remoción COV
Remoción Siloxanos.
Flujo de diseño: 4.200
m3/h
Sistema de tratamiento del biogás previo a la inyección en red. EDAR La Farfana.
Características de la red:
L= 13,5 Km
Diámetro= 350 mm
Material= Pe
P= 0,7 bar
Red de distribución del biometano producido en
la EDAR La Farfana.
Torres de lavado
químico
Reformado
• Pilas de combustible
Secado
con
Silica
Gel
Procesador de
combustible &
Pila de
combustible
Polishing
Planta piloto EDAR Murcia Este
Intercambiador
de calor
Intercambiador
de calor
PEMFC
Reactor
de
reformado
Torres
de Silica
Gel
Pilas de
combustible
tipo PEM
Torre
de
carbón
activo
Torres
de
carbón
activo
SOCIOS:
www.life-biocell.eu
STAKEHOLDERS:
ANTECEDENTES
USO DEL BIOGÁS COMO
COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Caracterización del biogás
La composición del biogás depende de:
•
•
Composición del agua residual.
La estabilidad del proceso de digestión
Composición típica del biogás generado en la EDAR Murcia Este.
[O2]<1,0 %
Contaminantes (valores medios):
[N2] <2,0 %
[CO2]:2035 %
• Sulfuro de Hidrógeno: 1.000 – 3.500 ppm.
• Compuestos organosulfurados: 1,3 ppm.
• Compuestos orgánicos de Nitrógeno: <1 mg/Nm3.
• Compuestos orgánicos volátiles: <2 mg/Nm3.
• Siloxanos: 2,1 mg/Nm3.
[CH4] : 5870 %
13/15
Fase de limpieza del biogás:
Limpieza de compuestos traza de biogás obteniendo una corriente de CH4 y
CO2.
2
1
*
*
3
*
4
*
Esquema de la fase de limpieza de biogás en Murcia Este, donde se representan los puntos de muestreo utilizados para
realizar la experimentación (*).
5
*
Resultados de ensayos utilizando diferentes pH de trabajo en la torre básica
con el fin de optimizar procesos, consumos y energía.
COMPUESTO
Punto de
muestro 1
Punto de
muestro 2
Punto de
muestro 3
Punto de
muestro 4
Punto de
muestro 5
Metano (CH4) (%)
63,0
63,8
63,6
63,9
63,8
Dióxido de Carbono (CO2) (%)
37,0
36,1
36,5
36,2
36,1
Sulfuro de hidrógeno (H2S) (ppmv)
1.872
<1,0
<1,0
<1,0
<1,0
Compuestos de azufre (ppmv)
1,3
<1,0
<1,0
<1,0
<1,0
Compuestos de nitrógeno (mg/Nm3)
<1,0
<1,0
<1,0
<1,0
<1,0
Compuestos
orgánicos
(VOC’s) (mg/Nm3)
11,3
<2,0
<2,0
<2,0
<2,0
2,0
<2,0
<2,0
<2,0
<2,0
2,1
2,0
2,0
<0,2
<0,2
Benceno, tolueno
(mg/Nm3)
volátiles
y xileno
Siloxanos (mg/Nm3)
(BTX)
Valores medios
de salida del
biogás limpio
Cromatógrafo de gases
Análisis de muestras
Planta de limpieza de biogás
Fase de absorción de CO2:
Separación de las corrientes de CH4 y CO2, aprovechando cada una de estas
corrientes por separado.
ABSORCIÓN FISICA CON AGUA
Torres
deshumificadoras
Torre absorción
SURTIDOR
M
Entrada
biogás
Reactivos: agua a alta presión.
Intercambiador
de calor
Torres
deshumificadoras
Almacenamiento
CO2
Torre absorción
SURTIDOR
M
Entrada
biogás
M
Torre desorción
Intercambiador
de calor
Almacenamiento
Precalentador
M
Almacenamiento de amina
CO2
Intercambiador
de calor
Torre desorción
ABSORCIÓN QUÍMICA CON AMINAS
Tanque flash
M
Reactivos: MEA, DEA y MDEA en
concentraciones del 20 y el 40 % wt.
Almacenamiento de agua
Intercambiador
de calor
aire
Se han desarrollado experiencias encaminadas a optimizar el proceso de
separación de la corriente de CH4 y CO2 con las aminas (MEA, DEA, MDEA) en
disoluciones del 20 y del 40 % wt.
Resultados obtenidos:
• Ha
sido
imposible
operar
la
instalación
experimental en régimen continuo con la DEA
(Tªfusión = 28ºC).
• Trabajando con MDEA no es posible obtener
BIOEDAR con altas concentraciones de CH4 .
• En general, los mejores resultados se alcanzan
con MEA al 20% o al 40% wt. y fijando para la
desorción Tª≥ 98ºC.
Vista de la planta de absorción de CO2
Consumo energético
Gráficos de resultados:
MEA 20%
MEA 40%
3,50
3,00
2,50
kW/Nm3
Para riquezas de CH4 > del 95%, el caso más
favorable es a 98ºC de temperatura de
desorción, con un consumo energético de 1,43
kW/m3.
2,00
1,50
1,00
0,50
Riqueza de CH4 obtenida en el combustible
90
92
95
96
97
98
Temperatura de desorción ºC
% de CH4 de salida de AMEB
MEA 20%
MEA 40%
MDEA 20%
MDEA 40%
100
90
80
70
60
50
40
90
92
95
96
97
98
100
Temperatura de desorción ºC
102
105
107
100
102
105
107
Composiciones medias de las corrientes de biogás a la entrada y salida del
proceso de absorción con MEA al 20% wt, trabajando con una temperatura de
desorción del 98%.
CH4
100
CO2
90
80
70
66,01%
60
96,06%
50
40
30
20
33,53%
10
3,48%
0
ENTRADA AMEB
SALIDA AMEB
Fase de almacenamiento y suministro:
1. BIOEDAR inyectores
2. Reductor de presión
3. Unidad de control electrónico que
gestiona la inyección de
combustible
4. Interruptor para cambiar de gasolina a
BIOEDAR
5. Balas de combustible de BIOEDAR
6. Válvula solenoide y mecanismo de
seguridad
7. Tanque de gasolina
8. Conexión de suministro de combustible
Almacenamiento de
BIOEDAR
Depósito de BIOEDAR
Ventajas de utilizar biogás como combustible de automoción:
El proceso se ha denominado comercialmente AMEB. Las ventajas obtenidas
han sido:
Utiliza un residuo generado en estaciones depuradoras – biogás.
Sustituye una fuente de energía fósil por una renovable.
Evita las emisiones que contribuyen al efecto invernadero.
Evita la producción de olores.
No contiene plomo.
Genera un combustible de precio similar a los combustibles fósiles: BIOEDAR.
Reduce las emisiones de CO2.
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Contacto:
Marcos Martín
[email protected]
Natividad Moya Sánchez
[email protected]
Más información:
www.agbar.es
www.emuasa.es
www.life-biocell.eu

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