ES2490066A1 - Procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos - Google Patents

Procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de gas de vertedero de residuos sólidos urbanos. El proceso integra dos fases diferentes: depuración del biogás de vertedero y reformado de metano.

Description

P201330280
28-02-2013
DESCRIPCION
Procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos
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OBJETO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. El proceso integra dos fases diferentes:
10 depuración del biogás de vertedero y reformado de metano.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Los solicitantes de la presente invención no han encontrado procedimientos completos de
15 obtención de hidrógeno a partir de gas de vertederos urbanos, aunque sí parte de las etapas individuales que componen el procedimiento de la invención.
La depuración de biogás, es conocido. Este proceso suelen contener etapas de eliminación de amoníaco, azufre, dióxido de carbono, humedad y compuestos orgánicos volátiles. Los
20 agentes para la desulfuración habituales son compuestos químicos.
En la solicitud de patente TW200728212-A titulada “Anaerobic hydrogen fermentation system, comprises anaerobic fermentation system for fermenting biomass and producing methane, and reformer for reforming it to hydrogen gas”, se describe la fermentación
25 anaeróbica, como solución para producir metano procedente de biomasa.
En la patente estadounidense con número de publicación US7575907 se describe la producción de hidrógeno y metano obtenido por fermentación biológica de sustratos orgánicos.
30 En cuanto a la catálisis del proceso de reformado, la literatura también ofrece diversos estudios, tales como el publicado por Xu et al., en la revista International Journal of Hydrogen Energy, 34 (16): 6646-6654 Sp. lss. SI AUG 2009, y cuyo título es “Biogas reforming for hydrogen production over nickel and cobalt bimetallic catalysis”.
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También se encuentra publicado el trabajo titulado “Hydrogen from biogas through steam reforming followed by water gas shift reaction and purification with selective oxidation reaction”, desarrollado por Takahasi, J y Young, BA, publicado en Greenhouse gases and animal agriculture, proceeding: 275-279, 2002.
Conviene destacar que en ninguno de los citados trabajos, se utiliza el gas que espontáneamente se genera en los vertederos de residuos urbanos, mediante un tratamiento integrado depuración-reformado.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
Los inventores han desarrollado un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos con una eficiencia global de producción de un 93%. Se alcanza una transformación total del metano inicial y parcial del monóxido de carbono producido en la etapa de reformado.
El procedimiento de la invención contempla unas etapas iniciales de recuperación y purificación del metano, a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. En la última etapa, se transforma el metano en hidrógeno, mediante reacciones químicas llevadas a cabo con catalizadores. La eliminación en las etapas iniciales de trazas de diversos compuestos tales como amoniaco, siloxanos, compuestos orgánicos volátiles y sulfuro de hidrógeno, es necesaria para el funcionamiento óptimo de los catalizadores que permiten la generación del hidrógeno a partir del metano.
En el procedimiento de la invención, la depuración del biogás se realiza combinando, de forma secuencial, una serie de etapas que permiten aislar el metano del resto de componentes con un grado de pureza adecuado para su alimentación en un reactor de reformado. Las etapas iniciales previstas para la depuración del biogás de vertedero previas a la alimentación de la unidad de generación de hidrógeno, permiten aislar el metano del resto de los componentes inertes, logrando por tanto reducir el contenido de contaminantes que afectan a la actividad de los catalizadores a los niveles de partes por millón (ppm) de sulfuro de hidrógeno y compuestos orgánicos volátiles, como por ejemplo, el tolueno (C6H5(CH3).
Las citadas etapas son: lavado ácido, para disminuir el contenido de amoníaco presente en el biogás, biodesulfuración en presencia de un microorganismo, para conseguir reducir el 3
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contenido de azufre, eliminación de CO2, para eliminar el dióxido de carbono, eliminación de la humedad, y filtración, para eliminar compuestos orgánicos volátiles y siloxanos.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos que comprende las etapas de:
(1)
lavado ácido del biogas;
(2)
biodesulfuración en presencia de un microorganismo;
(3)
eliminación de CO2;
(4)
eliminación de la humedad;
(5)
filtración y;
(6)
reformado de metano.
El procedimiento de la invención consiste en la obtención de una materia prima de alto valor comercial, hidrógeno, a partir de residuos sólido urbanos que se encuentran en vertederos. El procedimiento de la invención ofrece un importante beneficio medioambiental. Se basa en la valorización del biogás y en la reducción de la emisión de gases perjudiciales, esto es, gases que contribuyen al efecto invernadero (dióxido de carbono y metano, fundamentalmente), gases que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono y/o gases que contienen sustancias tóxicas para los seres vivos (compuestos orgánicos volátiles, siloxanos, sulfuro de hidrógeno y amoniaco, fundamentalmente).
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Como se ha dicho arriba la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos que comprende las etapas de:
(1)
lavado ácido del biogás;
(2)
biodesulfuración en presencia de un microorganismo;
(3)
eliminación de CO2;
(4)
eliminación de la humedad;
(5)
filtración y;
(6)
reformado de metano.
El término “biogás” como se utiliza aquí se refiere a una mezcla de gases que se genera a través de la actividad biológica de los microorganismos en los residuos biodegradables, 4
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depositados en los vertederos. Las bacterias del medio degradan la materia orgánica de los residuos, la cual se transforma en compuestos más elementales. Esta descomposición se produce en varias etapas que se pueden agrupar en dos fases principales: fase aerobia y fase anaerobia. La fase aerobia es la etapa inicial de degradación. En ella se consume el oxígeno del aire contenido entre los residuos. Su duración no se prolonga más allá de los dos meses desde la deposición del residuo. Conforme el oxígeno disponible se agota, se comienzan a producir la fase anaerobia. En una primera etapa, se generan, fundamentalmente, ácidos grasos y dióxido de carbono (fase ácida del proceso anaeróbico). Pasados de 1 a 2 años, comienza la etapa conocida como metanogénesis, durante la cual, se generan metano y dióxido de carbono como gases principales. La fase anaerobia se puede extender durante un período que puede superar 30 años. Cuando la generación de biogás alcanza las condiciones estacionarias, su composición se encuentra enriquecida en metano, con una concentración comprendida entre 40-65% v/v. Además, contiene cerca del 45% de dióxido de carbono, entre otros compuestos químicos tales como nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles. A modo orientativo, un metro cúbico de biogás se produce a partir de unos 5-10 Kg de residuos con un 50% de materia orgánica, de la que resulta una mezcla de gases compuesta por un 40-65% de metano, 40-60% de dióxido de carbono, 25% de nitrógeno, 1% de oxígeno, pequeñas cantidades de amoníaco y monóxido de carbono, y cantidades traza de otros constituyentes (compuestos orgánicos volátiles, compuestos halogenados, sulfuro de hidrógeno y siloxanos).En términos generales, de todo el gas generado, dependiendo de la eficacia de los sistemas de captación, entre un 50% y un 80% está disponible para su recogida. De esta cantidad, un 60% está disponible durante los 10 primeros años, un 35% en los siguientes 10 años y el resto, en el plazo posterior, de 20 a 30 años.
El procedimiento de la invención es adecuado para la recuperación de metano presente en el biogás de vertedero con independencia de los contenidos de amoníaco, sulfuro de hidrógeno y compuestos orgánicos volátiles presentes. Como es sabido, las concentraciones de estos constituyentes pueden variar ampliamente de unos vertederos a otros. Entre los factores que influyen en las citadas concentraciones, se destacan: la composición de los residuos (porcentaje de materia orgánica biodegradable, la humedad, la presencia de nutrientes o inhibidores), el sistema de gestión del vertedero (grado de compactación, mezcla, recirculación de lixiviados, sellado, recubrimiento, etc.), la edad del vertido y las condiciones climatológicas de la zona.
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Preferentemente el procedimiento parte de biogás de vertedero donde los residuos sólidos urbanos presentan un contenido en materia orgánica próximo al 50% y se han depositado en el vertedero durante un tiempo comprendido entre 2 y 30 años.
La etapa (1) de lavado ácido del biogás se emplea para la disminución del contenido de amoniaco presente en el biogás. El proceso consiste en una absorción con reacción química del amoniaco mediante una torre de lavado químico con relleno. La torre de relleno consta de una columna cilíndrica provista de una entrada de gas en la parte inferior, una entrada y sistema de distribución de líquido en la parte superior, salidas para el gas y el líquido en la parte superior y en el fondo, respectivamente, y un lecho de partículas sólidas inertes que rellenan la columna. El gas que se alimenta a la torre contiene el soluto y asciende entre los intersticios del relleno circulando en contracorriente con el líquido. El relleno proporciona una superficie de contacto entre el líquido y el gas y favorece el íntimo contacto entre las fases. El soluto contenido en el gas rico es absorbido por el líquido fresco que entra en la torre y sale agotado por la parte superior. El líquido se enriquece en soluto a medida que desciende por la torre y sale por la parte inferior formando una solución concentrada. Se puede trabajar en sistema cerrado (se recircula el mismo líquido hasta que se alcanza cierta concentración del soluto) o en sistema abierto (el mismo caudal de agua que se alimenta se purga de la base).
Preferentemente se utiliza ácido sulfúrico. En el caso de emplearse ácido sulfúrico se forma sulfato de amonio.
Se emplea una torre rellena con anillos Pall para aumentar la superficie de transferencia gas/líquido y favorecer la absorción química del amoniaco.
En la etapa (1), preferentemente el pH está comprendido entre 2,0 a 5,0. Preferentemente en la etapa (1) las velocidades superficiales del gas y líquido están comprendidas entre 82164 m/h y 11-48 m/h respectivamente. En esta etapa (1) de lavado ácido previo se eliminan los compuestos que puedan interferir en la etapa (2) de biodesulfuración.
En la etapa (2) de biodesulfuración en presencia de un microorganismo, la eliminación de sulfuro de hidrógeno, se realiza preferentemente por absorción en una solución de sulfato de hierro (III). La solución absorbe el sulfuro de hidrógeno y lo oxida a azufre elemental. El azufre elemental se retira del medio mediante una operación de separación y la disolución resultante se pasa a través de un bioreactor donde un microorganismo realiza el proceso 6
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oxidativo. Preferentemente el microorganismo es Acidithiobacillus ferrooxidans. La disolución oxidada que resulta en esta etapa biológica se puede utilizar nuevamente en la etapa de absorción, minimizando, por tanto, el consumo de reactivo oxidante.
Una de las ventajas de este tipo de procesos es que la reacción entre el sulfuro de hidrógeno y el sulfato de hierro (III) es muy rápida y completa, por lo que no se producen gases residuales tóxicos. Además, aparte del azufre, no se generan residuos peligrosos, reduciéndose considerablemente los costes de tratamientos complementarios.
Por lo tanto, preferentemente el paso (2) comprende a su vez las etapas de poner en contacto el biogás que contiene sulfuro de hidrógeno con sulfato de hierro (III) para dar azufre y sulfato de hierro (II) y recuperación del sulfato de hierro (III) al poner en presencia de un microorganismo el sulfato de hierro (II). Más preferentemente el microorganismo es Acidithiobacillus ferrooxidans.
La etapa (3) de eliminación de CO2 preferentemente se realiza mediante lavado alcalino.
Con el lavado alcalino se elimina el dióxido de carbono. Se emplea igualmente una torre de relleno similar a la empleada en la eliminación de amoniaco. El proceso básico consiste en una absorción con reacción química según: Absorción del dióxido de carbono en agua:
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CO2 + H2O → HCO3 + H+ (reacción rápida para pH >10) La siguiente reacción es instantánea en medio básico con presencia de hidróxido de sodio: HCO3-+ NaOH → Na2CO3 + H2O Por tanto, el dióxido de carbono es transformado en carbonato de sodio, siendo de esta forma eliminado del biogás.
El tiempo de residencia del biogás es de entre 25 y 48 segundos con pH de trabajo de la disolución alcalina mayor de 13.0.
La etapa (4) de eliminación de la humedad del biogás se fundamenta en el proceso de condensación del agua contenida en el biogás. La eliminación de la humedad es previa a la filtración, ya que de esta manera se aumenta el rendimiento. La condensación del agua ocurre cuando el vapor es enfriado por debajo de su temperatura de saturación produciéndose la nucleación de las gotas de líquido. Tal nucleación ocurre sobre la superficie de un condensador convencional (-18ºC hasta 4ºC).
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Por lo tanto, preferentemente el paso 4) se realiza a una temperatura comprendida entre 4ºC y -18ºC.
La superficie de intercambio es de entre 0,03 a 0,1 m2/(m3/h) para una temperatura del 5 refrigerante de -13ºC.
La etapa (5) de filtración se realiza preferentemente con carbón activado y se emplea para eliminar los compuestos orgánicos volátiles y siloxanos. El proceso consiste en la adsorción selectiva de los solutos de la fase gas a las partículas sólidas de carbón activado. Los
10 compuestos son eliminados del biogás al transferirse a la superficie sólida del carbón activado el cual presenta una alta relación superficie volumen. Se trata de una adsorción física en la cual el compuesto es retenido en la superficie del carbón activado por fuerzas electrostáticas débiles. El carbón activado elimina las últimas trazas de H2S.
15 Por lo tanto, preferentemente el paso 5) se lleva a cabo en presencia de carbón activado.
La etapa (6) de reformado de metano se realiza en presencia de vapor de agua y en presencia de catalizadores produciéndose monóxido de carbono e hidrógeno.
20 Es una reacción fuertemente endotérmica (H0 = 206 KJ/mol) por lo que el proceso se favorece a temperaturas superiores a 600 ºC.
CH4 + H2O = 3H2 + CO
Preferentemente el catalizador es de níquel. Preferentemente el catalizador se activó en H2 (5%)/Ar a 600 ºC durante 2 horas (rampa de calentamiento de 10 ºC/min).
25 Preferentemente la etapa (6) de reformado de metano se lleva a cabo en presencia de un catalizador de níquel soportado sobre alúmina y en presencia de vapor de agua.
Preferentemente la etapa (6) se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre los
30 600ºC y los 900ºC. Más preferentemente la temperatura está comprendida entre 675ºC y 725ºC.
Preferentemente tras la etapa (6) de reformado de metano, hay una etapa (7) de desplazamiento del gas de agua, en el que el monóxido de carbono producido se transforma
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Preferentemente la etapa (7) de desplazamiento del gas de agua se realiza con dos catalizadores distintos dispuestos en serie, el primer catalizador es un catalizador de Fe-Cr y la reacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre los 350ºC y los 475ºC, y el segundo catalizador es un catalizador de Cu/Zn y la reacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 200ºC y 250ºC.
EJEMPLOS
EJEMPLO 1. Lavado ácido del biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. Condiciones experimentales de operación.
A pH de 4,0 se estudia el efecto del caudal del líquido (100, 200 y 400 L/h) y del caudal de gas (12 y 24 L/min) en la eliminación del amoniaco. La eliminación del amoniaco para concentraciones de hasta 1.000 ppmv es plena en los rangos de caudales de gas y líquido ensayados. Los tiempos de residencia del biogás son de 8,32 y 4,16 segundos, para los caudales de 12 y 24 L/min, respectivamente.
EJEMPLO 2. Biodesulfuración del biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. Condiciones experimentales de operación. Proceso de absorción con sulfato férrico y recuperación biológica del reactivo. Los tiempos de residencia de gas son 53 segundos, 33 segundos y 23 segundos, y para cada uno de ellos 3 caudales de recirculación del medio líquido correspondientes a 49,9 m/h, 54,6 m/h y 65,8 m/h. La concentración de hierro total se mantiene por encima de 10 g/L con un pH de medio de recirculación inicial de 1,9. La concentración de entrada de sulfuro de hidrógeno permanece constante en un valor de 4.700 ppmv.
Los porcentajes de eliminación sulfuro de hidrógeno en estas condiciones son desde el 91,1% hasta un 99,4 %.
Biofiltro percolador. El biofiltro se inocula con un consorcio de bacterias nitratoreductorassulfuroxidantes. Se estudia el efecto de la concentración de entrada de sulfuro de hidrógeno desde 478 hasta 5.037 ppmv. Condiciones de operación:
•
pH: 6,8-7
•
Velocidad superficial del líquido: 7 m/h
•
Concentración de sulfatos: < 33 g/L 9
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•
Temperatura: 30ºC
•
Dosis de nitrato: ≥ 0,3 g N-NO3-/g H2S (NaNO3 alimentado en discontinuo)
•
Tiempo de residencia del gas: 3,4 min. Se consiguen porcentajes de eliminación de sulfuro de hidrógeno mayores del 95%.
EJEMPLO 3. Lavado alcalino del biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos. Condiciones experimentales de operación.
Condiciones de operación:
•
Caudales de biogás de 6 L/min para el equipo con un volumen de relleno de 2,5 L (285 mm de lecho) y 12 L/min para el equipo con un volumen de relleno de 9,55L (1090 mm de lecho). Esto supone unos tiempos de residencia del gas de 47,7 y 25,0 segundos.
•
La concentración de dióxido de carbono de 26,53 ±7,7% y de 26,85±1,7 % para 25,0 segundos y 47,7 segundos de tiempo de residencia respectivamente.
•
pH igual a 13,6 ±0,2.
Se obtienen porcentajes de eliminación del 100%, para el tiempo de residencia del biogás de 47,7 segundos y mayores del 97% para el tiempo de residencia más bajo, al tener a la salida del sistema de eliminación de sulfuro de hidrógeno a la torre de lavado alcalino.
EJEMPLO 4. Eliminación de humedad del gas de vertedero. Condiciones experimentales de operación.
Se ensayan 3 caudales de biogás de 6, 12 y 16 L/min con una humedad de entrada del 100% y temperatura de entrada de 15ºC. La temperatura del líquido refrigerante se mantiene constante en -13ºC.
Se alcanzan porcentajes de reducción del contenido de humedad de 88%, 87% y 86% para 6 L/min, 12 L/min y 16 L/min de biogás respectivamente.
EJEMPLO 5. Filtración con carbón activado del gas de vertedero. Condiciones experimentales de operación.
Eliminación de tolueno
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Se utiliza una masa de 127,2987 g de carbón activado. Se emplea un tubo de diámetro 13,6 mm y longitud de 1810 mm. El caudal de biogás es de 12 L/min y la concentración de entrada de tolueno de 1581,22 mg/m3.
5 La capacidad de absorción del tolueno hasta las 8 horas es del 7,15% p/p, siendo el tiempo de residencia del biogás de 1,31 segundos. En estas condiciones, se obtiene un 100% de eliminación hasta pasadas 8 horas.
Eliminación de siloxanos
10 Se emplea como compuesto modelo Octametilciclotetrasiloxano (D4). Se utiliza una masa de 2,87 g de carbón activado. Se emplea un tubo de diámetro 13,6 mm y longitud de 40 mm. El caudal de biogás es de 12 L/min y la concentración de entrada de siloxanos de 112 mg/m3.
15 La capacidad de absorción del D4 hasta los 300 min es del 16, 5% p/p. El tiempo de residencia del biogás es de 0,029 segundos. Ensayos realizados a tiempos de residencia del gas mayores a 1 segundo muestran un 100% de eliminación.
Se emplea carbón activo EnvirocarbTM 207C 4x8 (Chemviron Carbon, Bélgica),
20 obteniéndose una capacidad de absorción de tolueno del 7,15 % p/p y del 16,5% p/p para el siloxano D4 ensayado.
EJEMPLO 6. Reformado con vapor de agua de metano. Condiciones experimentales de operación.
25 Activación del catalizador. El catalizador de Ni se activa en H2 (5%)/Ar a 600 ºC durante 2 horas (rampa de calentamiento de 10 ºC/min).
Condiciones de reacción. El catalizador se calienta a razón de 5 ºC/min desde temperatura
30 ambiente hasta la temperatura de operación optimizada en 700 ºC para el proceso aquí descrito.
EJEMPLO 7. Desplazamiento del gas de agua a alta temperatura. Condiciones experimentales de operación.
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Activación del catalizador. El catalizador de Fe/Cr empleado no requiere tratamiento de activación previo ya que la fase activa se genera in situ bajo las mismas condiciones de operación.
5 Condiciones de reacción El catalizador se calienta a razón de 5 ºC/min desde temperatura ambiente hasta la temperatura de operación optimizada en 460 ºC para el proceso aquí descrito.
EJEMPLO 8. Desplazamiento del gas de agua a baja temperatura. Condiciones 10 experimentales de operación.
Activación del catalizador. El catalizador de Cu/Zn se activa en H2 (5%)/Ar a 200 ºC durante 2 horas (rampa de calentamiento de 10 ºC/min).
15 Condiciones de reacción El catalizador se calienta a razón de 5 ºC/min desde temperatura ambiente hasta la temperatura de operación optimizada en 250 ºC para el proceso aquí descrito.

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biogás de vertedero de residuos sólidos urbanos que comprende las etapas de:
    (1)
    lavado ácido del biogas;
    (2)
    biodesulfuración;
    (3)
    eliminación del CO2;
    (4)
    eliminación de la humedad;
    (5)
    filtración y;
    (6)
    reformado de metano.
  2. 2.
    Procedimiento para la obtención de hidrógeno según reivindicación 1 que comprende después del paso de (6) de reformado de metano una etapa (7) de desplazamiento del gas de agua.
  3. 3.
    Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-2 caracterizado porque la etapa
    (1) de lavado ácido del biogás se realiza con ácido sulfúrico.
  4. 4.
    Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque el pH de la etapa (1) de lavado ácido del biogás se lleva a cabo a un pH comprendido entre 2.0 y 5.0.
  5. 5.
    Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque el paso
    (2) de biodesulfuración comprende a su vez las etapas de poner en contacto el biogás que contiene sulfuro de hidrógeno con sulfato de hierro (III) para dar azufre y sulfato de hierro (II) y recuperación del sulfato de hierro (III) al poner en presencia de un microorganismo el sulfato de hierro (II).
  6. 6.
    Procedimiento según la reivindicación 5 caracterizado porque el microorganismo es Acidithiobacillus ferrooxidans.
  7. 7.
    Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 caracterizado porque la etapa (3) de eliminación de CO2 se realiza mediante un lavado alcalino.
    13
    P201330280
    28-02-2013
  8. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el paso (4) de eliminación de la humedad se realiza a una temperatura comprendida entre 4ºC y -18ºC.
    5 9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el paso
    (5) de filtración se lleva a cabo en presencia de carbón activado.
  9. 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque
    la etapa 6) de reformado de metano se lleva a cabo en presencia de un catalizador de 10 níquel soportado sobre alúmina y en presencia de vapor de agua.
  10. 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque la etapa 6) se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre los 600ºC y los 900ºC.
    15 12. Procedimiento según reivindicación 11 caracterizado porque la temperatura está comprendida entre los 675ºC y 725ºC.
  11. 13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 caracterizado porque la etapa 7) se realiza en presencia de dos catalizadores distintos dispuestos en serie, el
    20 primer catalizador es un catalizador de Fe-Cr y la reacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre los 350ºC y los 475ºC, y el segundo catalizador es un catalizador de Cu/Zn y la reacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 200ºC y 250ºC.
    25
    14
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022221954A1 (en) * 2021-04-22 2022-10-27 Iogen Corporation Process and system for producing fuel
US11760630B2 (en) 2021-04-15 2023-09-19 Iogen Corporation Process and system for producing low carbon intensity renewable hydrogen
US11807530B2 (en) 2022-04-11 2023-11-07 Iogen Corporation Method for making low carbon intensity hydrogen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008000388A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Biomethan N.E.W. Gmbh Verfahren zur reinigung von biogas einer biogasanlage sowie gasreinigungsanlage

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008000388A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Biomethan N.E.W. Gmbh Verfahren zur reinigung von biogas einer biogasanlage sowie gasreinigungsanlage

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABATZOGLOU N et al. A review of biogas purification processes. Biofuels, bioproducts & biorefining, 2009, Vol. 3, Nº 1, páginas: 42 - 71. Resumen, Eliminación de H2S y NH3, Eliminación de siloxanos, Revisión de técnicas biológicas de purificación de biogás. *
ALVES et al. Overview of hydrogen production technologies from biogas and the applications in fuel cells. International journal of hydrogen energy, 2010, Volumen I-II, páginas 1-11. Resumen, Introducción, 2.11 Reformado con vapor. *
MESA et al. Biological iron oxidation by acidithiobacillus ferrooxidans in a packed-bed bioreactor. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly. Vol. 16, Nº2, páginas 69-73. Resumen e introducción. *
MURADOV N et al. Hydrogen production by catalytic processing of renewable methane-rich gases. International journal of hydrogen energy, 2008, Vol. 33, Nº8, páginas: 2023 - 2035. Resumen, 1. Introducción, 2. Parte experimental. *
PETERSSON, A y WELLINGER, A. Biogas upgrading technologies- developments and innovations. IEA Bioenergy [en linea], Octubre 2009 [recuperado el 22-07-2013]. Recuperado de internet: http://www.iea-biogas.net/_download/publi-task37/upgrading_rz_low_final.pdf. Páginas 6-11 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11760630B2 (en) 2021-04-15 2023-09-19 Iogen Corporation Process and system for producing low carbon intensity renewable hydrogen
WO2022221954A1 (en) * 2021-04-22 2022-10-27 Iogen Corporation Process and system for producing fuel
US11946001B2 (en) 2021-04-22 2024-04-02 Iogen Corporation Process and system for producing fuel
US11807530B2 (en) 2022-04-11 2023-11-07 Iogen Corporation Method for making low carbon intensity hydrogen

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