Valorización del biogás de la EDAR Murcia Este. Uso del biogás
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Valorización del biogás de la EDAR Murcia Este. Uso del biogás
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 DE BIOGÁS USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS 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 VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS 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. VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS Cogeneración/¿trigeneración? Esquema sistema de cogeneración EDAR Murcia Este. VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS 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. VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS 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 VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS SOCIOS: www.life-biocell.eu STAKEHOLDERS: ANTECEDENTES VALORIZACIÓN DE BIOGÁS USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 * USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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 USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS 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