ES2354241T3 - Biorreactor para la metanización de biomasa con una elevada fracción de sólidos. - Google Patents
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Abstract
Biorreactor para la metanización de biomasa (4) con una elevada fracción de sólidos, con un digestor (2) configurado de manera hermética a los líquidos y que puede cerrarse herméticamente a los gases, una derivación (18) de biogás, una abertura (14) de carga y descarga para llenar y vaciar el digestor con biomasa (4), y un dispositivo (22) de drenaje de percolado o líquido de percolación en el fondo (6) y/o las paredes (8, 9, 12) del digestor (2), caracterizado porque el dispositivo (22) de drenaje de percolado está unido con un dispositivo (30) de control de percolado, para regular el nivel (28) de líquido del percolado en el digestor (2).
Description
Biorreactor para la metanización de biomasa con
una elevada fracción de sólidos.
La invención se refiere a un biorreactor para la
metanización de biomasa con una elevada fracción de sólidos según
el preámbulo de la reivindicación 1.
La expresión "biomasa con una elevada fracción
de sólidos" debe entenderse como contraria a biomasa líquida,
bombeable, tal como la que se utiliza en procedimientos de
fermentación en húmedo. "Biomasa con una elevada fracción de
sólidos" debe entenderse por tanto como biomasa no bombeable.
Un biorreactor según el preámbulo de la
reivindicación 1 se conoce por el documento EP 1 301 583 B1, a cuya
publicación se hace referencia en todo su contenido para evitar una
repetición innecesaria y cuyo contenido publicado se incorpora
expresamente a la presente solicitud.
Este biorreactor conocido comprende un digestor
a modo de un garaje prefabricado, que se cierra de manera hermética
a los gases mediante una trampilla. La carga con biomasa no
fermentada y la descarga de la biomasa residual fermentada puede
realizarse mediante una pala cargadora. Puesto que la biomasa se
deposita durante el proceso de fermentación, la biomasa presiona
contra la trampilla. La trampilla debe por tanto estar realizada de
manera correspondientemente maciza y debe, por otro lado, cerrarse
también con precisión para una hermetización suficiente del
digestor. Una trampilla de este tipo que pueda moverse con precisión
y al mismo tiempo resistente es cara. Además existe el riesgo de
que la trampilla deje de hermetizar y cerrar con precisión en caso
de una carga elevada con biomasa. Para solucionar este problema el
documento DE 202005014176.3 propone un sistema de retención aguas
abajo de la trampilla, que impide que la biomasa que se deposita,
presione la trampilla.
En el documento DE 102 57 849 A1 se describe un
fermentador de garaje, en el que, a través de un fondo perforado,
la biomasa se aire desde abajo con biogás. Este fondo perforado
funciona por tanto también como dispositivo de drenaje para el
percolado, que como en nuestro caso también se recircula. Sin
embargo, no se menciona una regulación del estado de llenado.
El documento DE 101 29 718 A1 describe un
fermentador vertical para la metanización de residuos biológicos
domésticos con alimentación y descarga continuas mediante
transportadores sinfín a través de aberturas independientes. El
percolado se separa a través de un fondo perforado, y se recircula,
pero su nivel de llenado no se regula.
El documento DE 44 44 462 A1 se refiere también
a un fermentador vertical, en el que la biomasa se introduce por
arriba de manera discontinua y de manera hermética a los gases,
durante la fermentación desciende hacia abajo, y allí se descarga
de manera discontinua y hermética a los gases. Se utiliza una
conducción de circulación de agua de infiltración controlada, para
transportar los ácidos orgánicos formados arriba a la zona inferior
del reactor, donde tiene lugar la fermentación. La fracción de
sólidos del material biogénico se indica con desde un 30%
hasta
un 55%.
un 55%.
En el documento DE 201 21 701 U1 se describe un
sistema de dos fases con dos reactores. En el primer reactor se
incluye en un procedimiento en húmedo la biomasa flotando en un
líquido de tratamiento, que contiene bacterias anaeróbicas, y así
se transporta desde una abertura de adición hasta una abertura de
descarga. El líquido de tratamiento se rocía mediante conducción de
circulación sobre la biomasa. El líquido de tratamiento se
transfiere a un segundo reactor y allí se fermenta. Sin embargo en
ambos reactores se produce biogás. Como alternativa al
procedimiento en húmedo también puede tratarse en el primer reactor
biomasa con una elevada fracción de sólidos. En este caso, se
genera biogás principalmente en el segundo reactor. No se menciona
una regulación del estado de llenado para el líquido de
tratamiento.
El documento EP 0 803 568 A1 describe una
instalación de biogás para fermentar biomasa con una fracción de
sólidos de aproximadamente un 25% de materia seca. La instalación
consiste en varios reactores que están unidos entre sí, de manera
que el material descargado de los reactores puede suministrarse de
manera controlada a otros reactores, para configurar el control del
proceso en cada reactor de manera individual y óptima.
El documento DE 37 19 564 A1 da a conocer un
biorreactor según el preámbulo de la reivindicación 1.
Aunque el rendimiento en gas a partir de la
biomasa y el tiempo de residencia necesario de la biomasa en muchos
casos es suficiente, sería deseable un mayor rendimiento en gas o un
menor tiempo de residencia de la biomasa en el digestor.
Por tanto, es un objetivo de la presente
invención mejorar el biorreactor conocido por el documento DE
3719564 A1 en el sentido de aumentar el rendimiento en gas y
reducir el tiempo de residencia necesario de la biomasa en el
digestor.
Para solucionar este objetivo se perfecciona un
biorreactor según el preámbulo de la reivindicación 1 mediante sus
rasgos caracterizadores.
En la fermentación de biomasa seca, es decir no
bombeable, se producen, debido a la humedad contenida en la
biomasa, líquidos de percolación, el denominado percolado, que se
retira a través de un dispositivo de drenaje y, dado el caso,
vuelve a conducirse desde arriba sobre la biomasa que va a
fermentarse. Se ha puesto de manifiesto ahora que el rendimiento en
biogás aumenta esencialmente, en el intervalo entre un 10% y un 40%,
cuando el percolado que se produce no se retira inmediatamente a
través del dispositivo de drenaje, sino que se acumula en el
digestor hasta un nivel determinado. Esto se consigue, desde el
punto de vista de la técnica del dispositivo, porque el digestor se
diseña de manera hermética a los líquidos, es decir la trampilla
para la carga y descarga del digestor también debe realizarse de
manera hermética a los líquidos y también debe configurarse de
manera correspondientemente estable, para resistir a la presión de
fluido producida. Mediante la unión del dispositivo de drenaje de
percolado presente con un dispositivo de control de percolado es
posible ajustar y regular el nivel de líquido del percolado en la
biomasa en fermentación de modo que la tasa de generación de biogás
o el rendimiento en biogás sea
máxima.
máxima.
Según una forma de realización preferida de la
invención según la reivindicación 2, el dispositivo de control de
percolado comprende un depósito de percolado que está unido a través
de una derivación de percolado con el dispositivo de drenaje de
percolado. En la derivación de percolado está dispuesta una válvula,
mediante la que puede acumularse el percolado que se forma en el
digestor hasta la altura deseada. La altura del nivel de percolado
se establece a este respecto de manera que el rendimiento en gas sea
máximo. La derivación del percolado hacia el depósito de percolado
se produce por gravedad.
Según una configuración ventajosa de la
invención según la reivindicación 3, en la derivación de percolado
está dispuesta una bomba de percolado, para posibilitar la
derivación del percolado hacia el depósito de percolado
independientemente de la gravedad. A este respecto la bomba de
percolado puede adoptar también al mismo tiempo la función de la
válvula.
Según una configuración ventajosa de la
invención según la reivindicación 4, el sensor de estado de llenado
es un sencillo sensor de presión, que está dispuesto en la
derivación de percolado en la zona del fondo del digestor. Este
tipo de sensores de presión son muy económicos y resistentes frente
al percolado químicamente agresivo.
Según otra forma de realización preferida de la
invención según la reivindicación 5, el dispositivo de control de
percolado comprende también un conducto de retorno de percolado,
para conducir de manera conocida en sí misma el percolado desde el
depósito de percolado de vuelta al digestor.
Según otra forma de realización preferida de la
invención según la reivindicación 8, en el depósito de percolado se
incorporan cuerpos de relleno, en los que pueden acumularse
especialmente bien microorganismos que generan biogás. De manera
sencilla, esto se consigue según la reivindicación 9 porque en el
depósito de percolado se introduce un lecho fijo de biomasa con una
elevada fracción de sólidos. De este modo el propio depósito de
percolado también sirve como biorreactor y puede retirarse biogás
del depósito de percolado.
Según otra configuración preferida, la
reivindicación 10, una pluralidad de biorreactores según la
invención pueden conectarse entre sí para proporcionar un
dispositivo de generación de biogás. La pluralidad de biorreactores
comprende entonces un depósito de percolado común.
Según una forma de realización preferida de la
invención según la reivindicación 11, de este modo los biorreactores
individuales se unen adicionalmente entre sí a través de conductos
de unión de percolado. De este modo puede ajustarse, por ejemplo,
el mismo nivel de líquido en los biorreactores individuales.
Otros detalles, características y ventajas de la
invención se desprenden de la siguiente descripción de las formas
de realización a modo de ejemplo de la invención con ayuda de los
dibujos.
Muestran:
La figura 1, esquemáticamente, una
representación en perspectiva del biorreactor según la
invención;
la figura 2, una representación en sección del
biorreactor según la figura 1 transversalmente al dispositivo de
carga y descarga;
la figura 3, una representación esquemática de
la placa de fondo del biorreactor de la figura 1 ó 2;
la figura 4, una representación en sección
esquemática del biorreactor según las figuras 1 a 3; y
la figura 5, una representación esquemática de
una forma de realización a modo de ejemplo de un dispositivo de
generación de biogás con una pluralidad de biorreactores según la
invención.
Las figuras 1 a 4 muestran una forma de
realización a modo de ejemplo de un biorreactor o reactor 1 de
biogás según la presente invención. El biorreactor comprende un
digestor 2 en forma de paralelepípedo, que está lleno de biomasa 4.
El digestor 2 está realizado, a la manera de un garaje prefabricado,
de hormigón armado y comprende seis elementos de pared planos,
concretamente una placa 6 de fondo, dos paredes 8 y 9 laterales, una
placa 10 de cubierta, una pared 12 posterior y un lado 13 anterior
abierto, que puede cerrarse mediante una trampilla 14 hermética a
los gases.
La trampilla 14 puede accionarse mediante un
sistema 16 hidráulico. De manera sencilla, con la tramilla 14
abierta, el digestor 2 puede cargarse o retirarse del mismo la
biomasa residual. A través de una derivación 18 de biogás se evacua
el biogás generado en el digestor 2. En la placa 6 de fondo del
digestor 2, y en parte también en las paredes 8 y 9 laterales,
puede estar previsto un dispositivo 20 de calentamiento, véase la
figura 3, a modo de una calefacción de suelo, mediante el que la
biomasa 4 que se encuentra en el digestor 2 puede atemperarse de
manera correspondiente. Con respecto a los detalles se remite a este
respecto a las explicaciones correspondientes en el documento EP 1
301 583 B1.
En la placa 6 de fondo también está integrado un
dispositivo 22 de drenaje de líquidos de percolación, que está
realizado mediante una ligera inclinación de la placa 6 de fondo en
dirección a la trampilla 14 y por un canalón 24 dispuesto en la
zona anterior del digestor aguas abajo de la trampilla 14. El
canalón 24 discurre transversalmente a la dirección longitudinal o
de carga y descarga del digestor 2 y está cubierto por una chapa 26
ranurada o agujereada. En la forma de realización a modo de ejemplo
está representado únicamente un canalón 24. Alternativamente pueden
preverse varios canalones de este tipo, que también pueden
disponerse transversalmente o en dirección longitudinal.
La altura del nivel 28 de percolado se regula o
controla mediante un dispositivo 30 de control de percolado. El
dispositivo 30 de control de percolado comprende una derivación 32
de percolado o líquido de percolación mediante la que el percolado
que se acumula en el canalón 24 se deriva hacia un depósito 34 de
percolado. La derivación 32 de percolado puede cerrarse mediante
una válvula 36, de modo que el percolado que se acumula en el
digestor 2 puede acumularse hasta un nivel 28 deseado. En la
derivación 32 de percolado está dispuesta una bomba 38 de
percolado, para poder transportar el percolado independientemente de
la gravedad hacia el depósito 34 de percolado.
A través de un sensor de estado de llenado en
forma de un sensor 40 de presión se determina la altura del nivel
28 de percolado en el digestor 2. El sensor 40 de presión está
dispuesto en la derivación 32 de percolado aguas arriba de la
válvula 36. El sensor 40 de presión, la válvula 36 y la bomba 38 de
percolado están unidos a través de líneas 42 de control con una
unidad 44 de control. A través de líneas 46 de control adicionales
pueden proporcionarse a la unidad 44 de control otros parámetros de
proceso, como por ejemplo la tasa de producción de gas, la presión
de gas en el interior del digestor, etc. De este modo, mediante la
unidad 44 de control puede ajustarse el nivel 28 de percolado de
modo que la tasa de producción de gas se mantenga en un valor
máximo.
En la figura 1, que muestra únicamente una
representación esquemática de una forma de realización de la
invención, el depósito 34 de percolado está dispuesto bajo el
digestor. Puesto que en la derivación 32 de percolado está prevista
una bomba 38 de percolado, el depósito 34 de percolado también puede
disponerse a la misma altura que el digestor 2.
En la figura 4, la válvula 36 está dispuesta en
la dirección de evacuación aguas arriba de la bomba 38 de
percolado. Alternativamente, la válvula 36 también puede disponerse
aguas abajo de la bomba 38 de percolado. En este caso, el sensor 40
de presión también puede disponerse en el sumidero de bomba de la
bomba 38 de percolado. Con una configuración correspondiente de la
bomba 38 de percolado, ésta también puede adoptar la función de la
válvula 36, es decir que en el estado en reposo la bomba 36 de
percolado cierra la derivación 32 de percolado, de modo que el
percolado pueda acumularse en el digestor.
La figura 5 muestra esquemáticamente un
dispositivo de generación de biogás que comprende cinco
biorreactores o digestores 2-1 a
2-5 según las figuras 1 a 4. Los cinco digestores
2-1 a 2-5 están unidos a través de
cinco derivaciones 32-1 a 32-5 de
percolado con un depósito 34 de percolado común. En cada derivación
32-i de percolado está dispuesta una bomba
38-i de percolado, que adopta también la función de
la válvula 36 de la forma de realización según las figuras 1 a 4.
En el sumidero de bomba de las bombas 38-i de
percolado individuales está dispuesto en cada caso un sensor
40-i de presión para la determinación del nivel de
percolado en el respectivo digestor 2-i. A través
de un conducto 48 de retorno de percolado con una bomba 50 de
retorno de percolado, puede transportarse percolado desde el
depósito 34 de percolado común de vuelta a los respectivos
digestores 2-i. A través de una unidad 44 de
control puede controlarse y regularse el nivel 28 de percolado. La
unidad 44 de control está unida con los sensores
40-1 a 40-5 de presión y conecta las
bombas 38-1 a 38-5 de percolado y
la bomba 50 de retorno de percolado. Las líneas de control
correspondientes discurren según la figura 4, aunque no están
representadas en la figura 5 por motivos de claridad.
Adicionalmente, los digestores
2-i también pueden estar unidos entre sí con
conductos de percolado (no representados).
- 1
- biorreactor
- 2
- digestor
- 4
- biomasa
- 6
- placa de fondo
- 8
- pared lateral
- 9
- pared lateral
- 10
- placa de cubierta
- 12
- pared posterior
- 13
- lado anterior abierto
- 14
- trampilla de carga y descarga
- 16
- sistema hidráulico
- 18
- derivación de biogás
- 20
- dispositivo de calentamiento
- 22
- dispositivo de drenaje de percolado o líquido de percolación
- 24
- canalón
- 26
- chapa agujereada o ranurada
- 28
- nivel del percolado en el digestor
- 30
- dispositivo de control de percolado
- 32
- derivación de percolado
- 34
- depósito de percolado
- 36
- válvula
- 38
- bomba de percolado
- 40
- sensor de presión
- 42
- líneas de control
- 44
- unidad de control
- 46
- líneas de control adicionales
\vskip1.000000\baselineskip
- 2-i
- digestor
- 32-i
- derivación de percolado
- 38-i
- bomba de percolado
- 48
- conducto de retorno de percolado
- 50
- bomba de retorno de percolado
Claims (11)
1. Biorreactor para la metanización de biomasa
(4) con una elevada fracción de sólidos, con
- un digestor (2) configurado de manera hermética a los líquidos y que puede cerrarse herméticamente a los gases,
- una derivación (18) de biogás,
- una abertura (14) de carga y descarga para llenar y vaciar el digestor con biomasa (4), y
- un dispositivo (22) de drenaje de percolado o líquido de percolación en el fondo (6) y/o las paredes (8, 9, 12) del digestor (2), caracterizado porque el dispositivo (22) de drenaje de percolado está unido con un dispositivo (30) de control de percolado, para regular el nivel (28) de líquido del percolado en el digestor (2).
2. Biorreactor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo (30) de control de
percolado comprende:
- -
- un depósito (34) de percolado, que está unido a través de una derivación (32) de percolado con el dispositivo (22) de drenaje de percolado,
- -
- una válvula (36) dispuesta en la derivación (32) de percolado, y
- -
- un sensor (40) de estado de llenado para detectar el nivel (28) de líquido de percolado en el digestor (2).
3. Biorreactor según la reivindicación 2,
caracterizado porque el dispositivo (30) de control de
percolado comprende una bomba (38) de percolado dispuesta en la
derivación (32) de percolado.
4. Biorreactor según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el sensor de estado de llenado es un
sensor (40) de presión, que está dispuesto en la derivación (32) de
percolado o en el digestor (2).
5. Biorreactor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo (30) de
control de percolado comprende un conducto (48) de retorno de
percolado, que une el depósito (34) de percolado con la zona
superior del digestor (2).
6. Biorreactor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la abertura (14) de carga y
descarga es una trampilla accionable de manera preferiblemente
hidráulica, que cierra a ras de suelo el digestor (2).
7. Biorreactor según la reivindicación 6,
caracterizado por un dispositivo de retención, que está
dispuesto en el digestor (2) en la dirección de llenado aguas abajo
de la trampilla (14) de tal manera que la biomasa (4) cargada se
apoya al menos parcialmente en el dispositivo de retención.
8. Biorreactor según una de las reivindicaciones
anteriores 2 a 7, caracterizado porque en el depósito (34) de
percolado se incorporan cuerpos de relleno, en los que pueden
acumularse microorganismos que generan biogás y porque el depósito
(34) de percolado comprende un conducto de descarga de biogás.
9. Biorreactor según la reivindicación 8,
caracterizado porque los cuerpos de relleno en el depósito
(34) de percolado están configurados como un lecho fijo de biomasa
con una elevada fracción de sólidos.
10. Dispositivo de generación de biogás con una
pluralidad de biorreactores (2-i) según una de las
reivindicaciones anteriores y un depósito (34) de percolado
común.
11. Dispositivo de generación de biogás según la
reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de
biorreactores (2-i) individuales están unidos entre
sí a través de conductos de conexión de percolado.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2354241T3 true ES2354241T3 (es) | 2011-03-11 |
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| EP (2) | EP1987128B1 (es) |
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| KR (1) | KR20080096663A (es) |
| CN (1) | CN101389746B (es) |
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