ES2837325T3 - Sistema de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa - Google Patents

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Abstract

Sistema (1000) de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa, que comprende una primera columna de separación (120) que se presenta en forma de una cuba (150) coronada por un conducto de separación (160), siendo el diámetro de la sección transversal de dicha cuba (150) al menos 2 veces superior al de dicho conducto de separación (160), estando dispuesta una salida (168) de gas depurado en la parte más alta de dicho conducto (160) y estando dispuesta una entrada (164) de agua a presión por debajo de dicha salida de gas depurado, comprendiendo dicho conducto de separación además un revestimiento (161) a través del cual el agua fluye mientras que dicha mezcla gaseosa remonta en contracorriente del agua desde un orificio (163) situado en el cuarto inferior de dicho conducto (160), con el fin de disolver uno de los dos gases en el agua, y dejar que el otro gas se evacúe hacia la salida (168) de gas depurado; caracterizándose dicho sistema por que comprende además un primer depósito (110) en comunicación fluídica con dicha primera columna de separación (120) por medio de dos canales (152; 165), comprendiendo dicho depósito, en su extremo superior, una entrada (115) por la que dicha mezcla gaseosa se inyecta a presión, el primer canal (152) de comunicación fluídica conecta un orificio (153) situado en el fondo de la cuba (150) de la columna de separación (120) con un orificio (112) situado en el tercio inferior del depósito (110), siendo dicho primer canal (152) apto para equilibrar el nivel del agua contenida en la cuba (150) y en el depósito (110) según el principio de los vasos comunicantes; y por que el segundo canal (165) de comunicación fluídica conecta el orificio (163) de entrada de dicha mezcla gaseosa, situado bajo el revestimiento (161) del conducto (160) de separación, con un orificio (114) situado en el tercio superior del depósito (110), de forma que se dirija dicha mezcla gaseosa inyectada a presión por la parte más alta (115) del depósito (110), hacia el orificio de entrada (163) del conducto (160) de separación.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa. Una aplicación particularmente interesante de dicho sistema se refiere a la separación y la depuración de metano y de dióxido de carbono contenidos en un biogas.
Técnica anterior
Un biogas es un gas producido por la fermentación de materias orgánicas en condiciones anaerobias. Este procedimiento de fermentación se denomina igualmente metanización y constituye una vía interesante de valorización de la biomasa. En el contexto actual de transición energética es principalmente una fuente de energía renovable y local. Después de aproximadamente tres semanas de fermentación, el biogas está constituido principalmente por metano (aproximadamente 60%) y dióxido de carbono (aproximadamente 40%). Por lo tanto, los sistemas de metanización se instalan cada vez más frecuentemente en las explotaciones agrícolas con el fin de valorizar la biomasa de origen vegetal o animal que se produce en ellas idealmente constituida por desechos, coproductos o subproductos de la actividad de la granja.
Los principales constituyentes del biogas así producidos pueden separarse y purificarse a continuación con el fin de ser reutilizados. Por lo tanto, el biometano procedente de esta purificación puede remplazar el gas natural de origen fósil. El biodióxido de carbono purificado, por su parte, puede ser acondicionado para diferentes usos, entre ellas se pueden citar, por ejemplo, la soldadura, la fabricación de bebidas gaseosas, la horticultura, la neutralización del agua, la restauración, la viticultura, ...
En este contexto se hace importante no solo depurar el metano (también representado CH4) procedente del biogas sino también el dióxido de carbono (aún denominado gas carbónico y representado CO2) con el fin de poderlos reciclar.
Se han propuesto numerosas soluciones para valorizar el biogas bruto y, principalmente, para purificar el metano. Para ello, como el gas carbónico es un gas más pesado que el aire, hidrosoluble y presenta una constante de disolución muy superior a la del metano, se sabe cómo separarlo del metano mediante lavado en una disolución acuosa. El agua se prefiere como disolución acuosa de disolución del CO2 debido a su ausencia de riesgos sanitarios, su bajo coste y su gran disponibilidad. Las condiciones de disolución del CO2 en el agua vienen descritas por la Ley de Henry que explica el equilibrio entre una fase gaseosa y una fase líquida en condiciones de temperatura y presión dadas. Así, una baja temperatura del agua y una presión elevada mejoran la disolución del CO2.
Entre los dispositivos existentes de separación y depuración de los gases constituyentes de un biogas, el documento WO2015/135921 describe un dispositivo que comprende una columna de separación que se presenta en forma de una cuba coronada por un conducto de separación, presentando el conducto de separación una sección 2 a 3 veces inferior a la de la cuba. El biogas producido por metanización es obligado a circular en el conducto de separación en contracorriente del agua que circula fluyendo desde arriba hacia abajo. El CO2 se transfiere entonces al agua, mientras que el metano queda en la fase gaseosa y se recupera en el extremo superior del conducto de separación. El agua cargada de CO2 , por su parte, es evacuada hacia un recipiente de desgasificación de gran volumen, después de haber pasado por un mezclador estático a presión atmosférica, con el fin de permitir la desgasificación del CO2. Entonces se produce en el recipiente de desgasificación la separación del agua y del dióxido de carbono, remontando a la superficie este último como microburbujas y evacuándose después por un orificio situado en el borde superior del recipiente para ser dirigido hacia un medio de recuperación.
Además, se ha propuesto un dispositivo de recuperación del CO2 (US20130340623) que comprende una torre de absorción de CO2 en flujo paralelo capaz de retirar el CO2 a partir de una mezcla de gas poniendo en contacto la mezcla de gas con una disolución de absorción de CO2 en un flujo paralelo y después el agua gasificada se lleva hacia una zona de desgasificación. Igualmente, se ha propuesto un procedimiento de producción de un gas purificado que comprende varias etapas de lavado (WO201605402).
Como los otros dispositivos existentes, los dispositivos descritos en estos documentos comprenden generalmente, en la parte inferior de la cuba, un grifo de vaciado para evacuar el agua cargada de dióxido de carbono hacia el recipiente de desgasificación. Sin embargo, el agua que cae del conducto de separación hacia la cuba conlleva la formación de burbujas de biogas que pueden escapar durante la evacuación del agua si no se toman precauciones particulares en el momento de la apertura del grifo de vaciado.
Problema técnico
La presente invención tiene como objetivo proponer una solución alternativa a los dispositivos de separación y depuración existentes para permitir separar los gases contenidos en una mezcla gaseosa, por ejemplo el metano y el dióxido de carbono contenidos en un biogas, con un grado de pureza de estos gases superior a 96%, evitando a la vez la aparición de fugas de la mezcla gaseosa. El sistema de separación y depuración de los gases constituyentes de dicha mezcla gaseosa debe ser además de construcción y utilización sencilla con el fin de poder implantarse directamente en instalaciones agrícolas, en la proximidad de los sistemas de metanización.
Breve descripción de la invención
A este respecto, la invención tiene como objetivo un sistema de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa que comprende una primera columna de separación que se presenta en forma de una cuba coronada por un conducto de separación, siendo el diámetro de la sección transversal de dicha cuba al menos 2 veces superior al de dicho conducto de separación, estando dispuesta una salida de gas depurado en la parte más alta de dicho conducto de separación y estando dispuesta una entrada de agua a presión por debajo de dicha salida de gas depurado, comprendiendo dicho conducto de separación además un revestimiento a través del cual el agua fluye, mientras que dicha mezcla gaseosa sube en contracorriente del agua desde un orificio situado en el cuarto inferior de dicho conducto, con el fin de disolver uno de los dos gases en el agua y dejar que el otro gas se evacúe hacia la salida del gas depurado; caracterizándose dicho sistema por que comprende además un primer depósito en comunicación fluídica con dicha primera columna de separación por medio de dos canales, comprendiendo dicho depósito, en su extremo superior, una entrada por la que dicha mezcla gaseosa se inyecta a presión y preferentemente el primer canal de comunicación fluídica conecta un orificio situado en el fondo de la cuba de la columna de separación con un orificio situado en el tercio inferior del depósito, siendo dicho primer canal apto para equilibrar el nivel de agua contenido en la cuba y en el depósito según el principio de los vasos comunicantes; y el segundo canal de comunicación fluídica conecta el orificio de entrada de dicha mezcla gaseosa, situado bajo el revestimiento del conducto de separación, con un orificio situado en el tercio superior del depósito, de forma que dirija dicha mezcla gaseosa inyectada a presión por la parte más alta del depósito hacia el orificio de entrada del conducto de separación.
De esta forma, la mezcla gaseosa a presión no se inyecta directamente en el conducto de separación sino en un depósito en comunicación fluídica con dicho conducto. Este depósito permite también que el agua gasificada que proviene de la cuba de la columna de separación deje escapar las burbujas de biogas susceptibles de ser arrastradas con el agua durante su caída desde el conducto de separación hacia la cuba. Las burbujas de biogas se escapan entonces hacia el cielo gaseoso situado por encima del nivel de agua en el depósito. El sistema según la invención no comprende un grifo de evacuación del agua gasificada en la parte baja de la cuba y permite de este modo evitar la aparición de fugas de biogas durante la apertura de dicho grifo.
Según otras características opcionales del sistema
- el primer canal de comunicación fluídica presenta un diámetro que es de 5 a 7 veces inferior al de la cuba y el del depósito y comprende al menos dos codos;
- el sistema comprende además una segunda columna de separación alimentada por una entrada dispuesta en la parte superior en agua gasificada procedente del primer depósito, presentándose dicha segunda columna en forma de una cuba coronada por una conducto de separación, siendo el diámetro de la sección transversal de dicha cuba al menos 2 veces superior al de dicho conducto de separación, comprendiendo dicho conducto de separación además un revestimiento a través del cual fluye el agua gasificada; y dicha segunda columna está en comunicación fluídica con un segundo depósito uno de cuyos orificios de salida, situado en su parte más alta y conectado con una bomba de vacío, permite evacuar el gas que se desorbe del agua hacia un medio de recuperación empleado, realizándose la comunicación fluídica entre la segunda columna de separación y dicho segundo depósito por medio de un tercer y un cuarto canal, preferentemente, el tercer canal de comunicación fluídica conecta un orificio situado en el fondo de la cuba de las segunda columna de separación con un orificio situado en el tercio inferior del segundo depósito, siendo dicho tercer canal apto para equilibrar el nivel de agua contenido en la cuba y en el segundo depósito según el principio de los vasos comunicantes; y el cuarto canal de comunicación fluídica conecta un orificio de salida del gas que se desorbe del agua, situado bajo el revestimiento del segundo conducto de separación, con un orificio dispuesto en el tercio superior de dicho segundo depósito, de forma que dicho gas que se desorbe del agua se dirija desde el orificio de salida del conducto de separación hacia el orificio de salida de dicho segundo depósito;
- el tercer canal de comunicación fluídica presenta un diámetro que es de 5 a 7 veces inferior al de la cuba y el del depósito, y comprende al menos dos codos. Preferentemente, el primer y el tercer canal de comunicación fluídica presentan un diámetro que es de 5 a 7 veces inferior al de la cuba y el del depósito y comprenden al menos dos codos. Estos canales permiten vehicular el gas;
- el segundo y el cuarto canal de comunicación fluídica, que permiten vehicular el gas, presentan una sección cuyo diámetro se extiende desde el orificio del depósito hasta el orificio del conducto de separación, de forma que el diámetro del orificio dispuesto en el conducto de separación es al menos 2 veces más grande que el del orificio dispuesto en el depósito;
- la mezcla gaseosa es un biogas, el gas hidrosoluble que se disuelve en el agua es dióxido de carbono (CO2) y el gas depurado que se evacúa en la parte superior del primer conducto de separación es metano (CH4);
- el primer y/o el segundo depósito comprende tres sondas, dispuestas una sobre otra sobre la pared de dicho depósito aptas para detectar el nivel de agua en dicho depósito y unidas a una unidad de control del sistema que permite activar, según el nivel de agua detectado en dicho depósito, el funcionamiento o la detención de una primera bomba de agua que permite la alimentación en agua a presión del primer conducto de separación y/o de un compresor que permite la inyección de dicha mezcla gaseosa a presión en dicho primer depósito y/o una electroválvula conectada en la parte inferior de dicho primer depósito para permitir un vaciado de dicho primer depósito y la alimentación en agua gasificada del segundo conducto de separación, y/o de una bomba de vacío que permite la evacuación del gas que se desorbe del agua, y/o de una segunda bomba de agua conectada en la parte inferior de dicho segundo depósito para permitir un vaciado de dicho segundo depósito;
- la presión que impera en la primera columna de separación y en el primer depósito es superior a 3 bares, preferentemente superior a 4 bares, de forma más preferida superior a 5 bares, por ejemplo comprendida entre 4 y 8 bares por encima de la presión atmosférica, y la presión que impera en la segunda columna de separación y en el segundo depósito es inferior a la presión atmosférica, preferentemente inferior a -0,5 bares, de forma más preferida inferior a -0,7 bares, por ejemplo comprendida entre -0,5 y -1 bar;
- el agua inyectada a presión en la primera columna de separación presenta un temperatura inferior o igual a 15°C, preferentemente inferior o igual a 10°C, y de forma más preferida inferior o igual a 5°C. Así, el sistema comprende ventajosamente un medio de enfriamiento del agua, preferentemente situado con anterioridad a la llegada de agua a presión y apto para enfriar el agua a una temperatura inferior a 15°C;
- el caudal de agua inyectado a presión en la primera columna de separación está comprendido entre 10 y 40 L/min, preferentemente entre 20 y 30 L/min;
- el revestimiento en los conductos de separación de las primeras y segunda columnas de separación presenta una altura comprendida entre 1,5 y 4 m. Preferentemente, la primera columna de separación, columna de lavado, es mayor que la primera columna de separación. De forma más preferida, la segunda columna, columna de desgasificación, presenta una altura comprendida entre 1 m y 3 m.
La invención se refiere además a un procedimiento de separación y depuración de dos constituyentes de una mezcla gaseosa realizado a partir de un sistema según la invención. Ventajosamente, en el marco de este procedimiento, la presión que impera en la primera columna de separación y en el primer depósito es superior a 3 bares, y la presión que impera en la segunda columna de separación y en el segundo depósito es inferior a la presión atmosférica, preferentemente inferior a -0,5 bares, de forma más preferida inferior a -0,7 bares, por ejemplo comprendida entre -0,5 y -1 bar.
De forma preferida, el caudal del agua inyectada a presión en la primera columna de separación está comprendido entre 10 y 40 L/min, de forma más preferida entre 20 y 30 L/min.
Según otras características opcionales del sistema:
- la mezcla gaseosa es un biogas, el gas hidrosoluble que se disuelve en el agua es dióxido de carbono (CO2) y el gas depurado que se evacúa hacia la parte superior del primer conducto de separación es metano (CH4);
- la presión que impera en la primera columna de separación y en el primer depósito es función, por una parte, de una introducción de la mezcla gaseosa por el orificio y, por otra parte, de una introducción de agua refrigerada mediante una bomba de agua por la entrada de agua en la parte superior de la columna y retenida por una electroválvula en el extremo de un canal conectado con un orificio dispuesto en el fondo abombado del depósito;
- la depresión que impera en la segunda columna de separación y en el segundo depósito es función, por una parte, de una electroválvula situada en el extremo de un canal conectado con un orificio dispuesto en el fondo abombado del depósito y, por otra parte, de una válvula antirretorno situada en la salida de una bomba de vaciado, estando asegurada la depresión por una bomba de vacío.
Otras particularidades y ventajas de la invención aparecerán mediante la lectura de la descripción siguiente que se hace a modo de ejemplo ilustrativo y no limitativo con referencia a la figura 1 anexa que representa, muy esquemáticamente, un sistema de separación y depuración de dos gases, el metano y el dióxido de carbono, constituyentes principales de un biogas.
Descripción detallada de la invención
La pureza de un gas es la propiedad que expresa la parte ocupada por el compuesto principal en la mezcla gaseosa. Se expresa en porcentaje, preferentemente volúmico. Se puede medir, por ejemplo, por medio de un analizador clásico comercial conectado con la salida de extracción del gas que se tiene que analizar. Dicho analizador podrá ser, por ejemplo, el analizador comercializado por la sociedad Geotech con el nombre comercial de “Biogas 5000”.
Las columnas, cubas, conductos y depósitos descritos en la parte siguiente de la descripción son contenedores cilíndricos dispuestos de forma que su eje longitudinal es perpendicular al suelo y define su altura. Su sección transversal corta su altura perpendicularmente a lo largo de su diámetro.
Estos contenedores se pueden dividir virtualmente en tres o cuatro partes iguales a lo largo de su altura. Así, se entiende por cuarto inferior y cuarto superior de un contenedor respectivamente el primer cuarto situado en la base del contenedor y el primer cuarto situado en la parte más alta del contenedor. Igualmente, se entiende por tercio inferior y tercio superior de un contenedor, respectivamente, el primer tercio situado en la base del contenedor y el primer tercio situado en la parte más alta del contenedor.
El sistema según la invención, denominado 1000 en la figura 1, comprende ventajosamente dos dispositivos conectados en serie. Un primer dispositivo, denominado 100, está dedicado más particularmente a la separación de los dos gases constituyentes del biogas y a la extracción de uno de los dos gases, en este caso el metano, con un grado de pureza elevado. El segundo dispositivo, denominado 200, está dedicado más particularmente a la desgasificación de la disolución acuosa procedente del dispositivo 100 de separación y cargado de dióxido de carbono y a la recuperación del dióxido de carbono con un grado de pureza elevada. El sistema según la invención se puede utilizar igualmente para separar otros gases que presentan solubilidades en el agua variables en función de la presión, como por ejemplo el sulfuro de hidrógeno.
El dispositivo 100 dedicado a la separación de los gases comprende ventajosamente una columna de separación 120 que se presenta en forma de una cuba cilíndrica 150 coronada por un conducto de separación 160. El diámetro de la sección transversal de la cuba cilíndrica 150 es al menos 2 veces superior al del conducto de separación 160. Preferentemente, el diámetro de la sección transversal de la cuba cilíndrica 150 es al menos 3 veces superior al del conducto de separación 160. De forma muy ventajosa, el área de la sección transversal de la cuba cilíndrica 150 es al menos 5 veces mayor, de forma preferida al menos 7 veces mayor y de forma aún más preferida al menos 9 veces mayor que el área de la sección transversal del conducto de separación 160.
El conducto de separación comprende en la parte superior, ventajosamente en el cuarto superior del conducto, una entrada de agua 164 a presión, procedente de un contenedor 300 preferentemente refrigerado y que puede estar sepultado bajo tierra o situado en la superficie. Una bomba de agua P1, conectada con el contenedor, permite dirigir el agua a presión hacia la entrada 164 de agua del conducto de separación. El agua fluye a través de un revestimiento 161 dispuesto en el conducto de separación 160. Ventajosamente, el contenedor 300, situado como se representa en la figura 1 con anterioridad a la entrada de agua 164 a presión, hace la función de medio de refrigeración del agua apto para enfriar el agua a una temperatura inferior a 15°C. De este modo, ventajosamente el contenedor 300 es apto para enfriar el agua a una temperatura inferior a 15°C, preferentemente inferior o igual a 10°C y de forma más preferida inferior o igual a 5°C. En efecto, los inventores han descubierto que la utilización de dicho contenedor 300 refrigerado permite aumentar más de 10% el nivel de pureza del CH4 producido.
Un orificio 163 de entrada de la mezcla gaseosa a presión, es decir del biogas en este ejemplo de aplicación, está dispuesto en el cuarto inferior del conducto de separación 160 y, preferentemente, justo debajo del revestimiento 161. Como se representa en la figura 1, el orificio 163 puede estar situado entre el revestimiento 161 y un orificio 151, situado en la parte superior de la cuba 150 de la columna de separación 120. La mezcla gaseosa fluye entonces de forma ascendente, en contracorriente del agua, aunque el dióxido de carbono, muy hidrosoluble, contenido en el biogas, se disuelve en el agua a medida que el gas se eleva.
El revestimiento 161 forma un laberinto a través del cual transitan en contracorriente el agua a presión y el biogas igualmente a presión. El revestimiento puede ser un revestimiento no estructurado, por ejemplo un revestimiento de tipo plástico. Puede principalmente estar constituido por anillos de Raschig. El revestimiento forma así una gran superficie de contacto para que el agua que fluye y el biogas que remonta puedan ser puestos en contacto entre ellos. Generalmente, y más aún en el marco del procedimiento según la invención, el metano es un gas muy poco soluble en el agua mientras que el CO2 es muy soluble. Consecuentemente, en contacto con el agua, el dióxido de carbono contenido en el biogas se disuelve en el agua. El metano procedente del biogas, por su parte, continúa remontando y es evacuado por una salida 168 dispuesta por encima de la entrada de agua 164. El metano puede ser dirigido a continuación hacia un secador frigorífico, no representado en la figura 1, que permite reducir la tasa de humedad relativa del metano comprimido extraído de esta forma, después es dirigido bien hacia una red de distribución de gas o bien hacia un medio de acondicionamiento. Además, a nivel de la salida 168, la presencia de una válvula de descarga, regulable o no, permite ventajosamente mantener la presión en el dispositivo 100.
Como la operación de lavado del biogas transcurre en contracorriente, el agua no cargada de gas carbónico que entra por la parte superior del conducto de separación 160 cruza un gas depurado cuya tasa de metano es grande. En este caso, el metano puede disolverse en el agua inyectada y aún no cargada en CO2. El caudal del agua inyectada en la columna de separación 120 y la altura del revestimiento 161 en el conducto de separación 160 se pueden determinar mediante cálculos al alcance de los conocimientos de los expertos en la técnica con el fin de limitar este fenómeno de disolución del metano. En un ejemplo preferido de realización, cuando el conducto de separación presenta una sección de diámetro igual a 10 cm, la altura del revestimiento 161 en el conducto de separación está comprendida entre 1,5 m y 4 m, y preferentemente comprendida entre 2,5 y 3,5 m y el caudal de agua inyectada está comprendido entre 10 y 40 L/min, preferentemente entre 20 y 30 L/min, de forma más preferida del orden de 25 L/min.
El conducto de separación 160 presenta una sección transversal cuyo diámetro es inferior de 2 a 3 órdenes de magnitud al diámetro de la sección transversal de la cuba 150. Este dimensionamiento permite asegurar una velocidad de flujo del agua procedente del conducto de separación 160 en el volumen de agua contenido en la cuba 150 que es inferior a la velocidad ascensional de las burbujas de la mezcla gaseosa (el biogas) susceptibles de ser arrastradas en este mismo volumen de agua contenido en la cuba 150. Por ejemplo, el conducto de separación 160 puede presentar una sección transversal cuyo diámetro está comprendido entre 5 y 15 cm.
Las condiciones de disolución del CO2 en el agua están definidas por la ley de Henry. En este caso, la temperatura del agua así como la presión del gas son grandes para asegurar una buena disolución. Por esta razón, la presión en el interior del dispositivo 100 de separación de los gases del biogas se mantiene preferentemente por encima de 3 bares, de forma más preferida superior a 4 bares, de forma aún más preferida superior a 5 bares. Por ejemplo, la presión en el interior del dispositivo 100 de separación de los gases del biogas se mantiene comprendida entre 4 y 8 bares, y ventajosamente entre 5 y 7 bares. Para mantener dicha presión en la columna 120 y el depósito 110, se fija una válvula de descarga regulable, no representada, a la salida del metano depurado, por ejemplo después de un secador frigorífico. Igualmente, para una disolución óptima del dióxido de carbono en el agua, la temperatura del agua a presión, inyectada por la parte superior de la columna, es preferentemente inferior o igual a 15°C, de forma más preferida inferior o igual a 10°C, y de forma aún más preferida inferior o igual a 5°C. En efecto, el sistema según la invención alcanza resultados, en cuanto a rendimiento y pureza del CH4 mucho mayores cuando la temperatura del agua inyectada en la parte superior de la columna está a dichas temperaturas.
De forma muy ventajosa, el dispositivo de separación 100 del sistema de separación y depuración de un biogas comprende además un primer depósito cilindrico 110 en comunicación fluídica con la columna de separación 120 por medio de dos canales 152 y 165. Este depósito 110 comprende un orificio 115 en su parte más alta, por el que se inyecta la mezcla gaseosa a presión, es decir el biogas en el ejemplo de aplicación descrito, mediante un compresor de gas no representado en la figura 1. Preferentemente, el depósito 110 presenta un volumen superior al volumen de la cuba 150. Preferentemente, el depósito 110 presenta un volumen superior en al menos 25% al volumen de la cuba 150 (es decir, un volumen equivalente a más de 125% del volumen de la cuba 150), de forma más preferida de al menos 50%, de forma aún más preferida de al menos 75%. Dicha dimensión para el depósito 110 permite aumentar los rendimientos y/o la pureza de los gases separados. Por ejemplo, el depósito 110 puede presentar un volumen comprendido entre 0,5 m3 y 2 m3 y en este caso la cuba 150 presenta un volumen comprendido entre 0,25 m3 y 1 m3.
Un primer canal 152 conecta un orificio 153, situado en el fondo abombado de la cuba 150 de la columna de separación 120, con un orificio 112 dispuesto en la pared del tercio inferior del depósito 110. Este primer canal de comunicación fluídica permite equilibrar la altura de los niveles de agua, cargada en dióxido de carbono, contenida en la cuba 150 y el depósito 110 según el principio de los vasos comunicantes. Según un ejemplo de realización, el nivel de agua en la cuba 150 y en el depósito 110 se fija a 50 cm de altura.
El hecho de verter el agua cargada de dióxido de carbono de la cuba 150 hacia el depósito 110, según el principio de los vasos comunicantes, presenta varias ventajas. Una primera ventaja reside en el hecho de que el agua cargada de dióxido de carbono no se evacúa directamente por un grifo situado en la parte inferior de la cuba 150, aunque aquí no hay riesgo de aparición de fugas de biogas, que habría sido arrastrado en el agua debido a los remolinos creados durante la caída del agua en la cuba. En este caso, la cuba 150 no puede vaciarse por debajo de su nivel de equilibrio. Así, el agua que cae del conducto de separación 160 en el volumen de agua de la cuba 150 produce la formación de grandes burbujas de biogas que no pueden escapar de la cuba. Estas burbujas de biogas, cuando atraviesan el canal 152, pueden entonces disiparse en el cielo gaseoso del depósito 110 formado por el biogas comprimido inyectado en el depósito, por encima del nivel de agua cargada de dióxido de carbono. Así, se evitan las pérdidas de metano en el agua presurizada y cargada de CO2 disuelto. Otra ventaja de este canal 152 reside en el hecho de que el depósito 110 comprende sondas que permiten detectar el nivel del agua, que no son perturbadas por las salpicaduras debidas a la formación de burbujas ya que estas burbujas solo se forman en la cuba 150.
Para permitir que las burbujas y las microburbujas de biogas arrastrado en el agua se evacúen en el cielo gaseoso del depósito 110 a través del canal 152, el canal presenta una forma y dimensiones particulares. Más particularmente, se debe realizar un compromiso con el diámetro del canal 152 para que las burbujas de biogas, que han sido arrastradas en el volumen de agua de al cuba 150, puedan fluir hacia el depósito 110 y remontar hacia el cielo gaseoso del depósito 110 más rápidamente que la velocidad de flujo del agua hacia el depósito 110. Para ello, el diámetro del canal 152 debe ser suficientemente grande para que las burbujas de biogas fluyan más rápidamente que el agua, pero no demasiado grande con el fin de no frenar, incluso detener, el flujo del agua. Por ejemplo, el canal 152 presenta una longitud de al menos 50 cm y como máximo de 1,5 m. De forma ventajosa, el canal 152 presenta un diámetro de 5 a 7 veces inferior al de la cuba 150 y del depósito 110. Así, para una cuba 150 y un depósito 110 cuyo diámetro de la sección transversal sea igual a 30 cm, el orificio 153 presenta ventajosamente un diámetro comprendido entre 45 y 60 mm, preferentemente 51 mm, de forma que pueda conectar un tubo de acero inoxidable de 51 mm de diámetro. Este canal de comunicación fluídica 152 comprende al menos dos codos, preferentemente tres codos de 90°. En un ejemplo, comprende ventajosamente un primer codo de 90°. En un ejemplo, comprende ventajosamente un primer codo de 90° situado bajo el empalme del orificio 153, después un tubo del mismo diámetro y de longitud comprendida entre 10 y 20 cm, preferentemente del orden de 15 cm, después un codo de 90° de forma que conecte en ese lugar otro tubo del mismo diámetro que remonta verticalmente hasta una altura comprendida entre 20 y 40 cm, preferentemente 30 cm y, por último, un 3er codo de 90° y un empalme del mismo diámetro para conectarse en el orificio 112 dispuesto en el tercio inferior de la pared del depósito 110. La elección del diámetro de 51 mm para el canal 152 permite ventajosamente el paso del agua gasificada de la cuba 150 hacia el depósito 110 a una velocidad más lenta que el paso de las burbujas y microburbujas de biogas que atraviesan el canal. Así, las burbujas y microburbujas de biogas arrastradas en el agua pueden ser evacuadas por el primer canal 152 y escapar a continuación hacia el cielo de biogas a presión del depósito 110.
El segundo canal 165, por su parte, conecta el orificio 163 de entrada de la mezcla gaseosa, dispuesto en el cuarto inferior del conducto de separación 160, por debajo del revestimiento 161, con un orificio 114 dispuesto en la pared del tercio superior del depósito 110. Preferentemente, el orificio 114 está dispuesto a aproximadamente veinte cm de la parte más alta del depósito 110, midiendo dicho depósito, por ejemplo, 1,50 m de altura y presentando una sección transversal de diámetro idéntico al de la cuba 150 de la columna de separación, por ejemplo un diámetro de 30 cm. Este segundo canal 165 permite ventajosamente dirigir la mezcla gaseosa, es decir el biogas, inyectada a presión en el depósito 110 hacia la columna de separación 120. Este segundo canal presenta preferentemente dos codos 166, 167, de 90° y una sección cuyo diámetro se extiende desde el orificio 114 del depósito hasta el orificio 163 de la columna de separación 120. Preferentemente, esta variación del diámetro de la sección no es constante, sino brusca a la altura del codo 166 situado frente al orificio 163 de entrada del biogas en el conducto de separación 160. Esta configuración del canal 165 permite evitar que el agua que cae del conducto de separación 160, debido a los remolinos y las burbujas generados durante la caída, penetre en el depósito 110 a través del canal 165 de direccionamiento del biogas. Preferentemente, el orificio 163 de la columna de separación 120 es dos veces mayor que el orificio 114 del depósito 110. Por ejemplo, el diámetro del orificio 163 puede estar comprendido entre 3 y 7 cm, mientras que el orificio 114 puede estar comprendido entre 1 y 4 cm. Ventajosamente, el canal 165 presenta una longitud de al menos 10 cm y como máximo 40 cm.
Además, un orificio 113 de evacuación del agua está dispuesto en el fondo abombado del depósito 110. Un primer extremo de un canal de evacuación 116 está conectado con este orificio 113, mientras que el otro extremo está conectado con una electroválvula E. Esta electroválvula E permite, cuando se abre, vaciar el depósito con el fin de dejar un volumen de agua constante en el depósito 110 durante toda la duración del lavado del biogas y de la separación de sus constituyentes. El agua cargada con CO2 así evacuada se dirige a continuación hacia el dispositivo de desgasificación 200 con el fin de recuperar por una parte el CO2 y por otra parte el agua no cargada de gas que puede alimentar a continuación el contenedor de agua 300 ventajosamente refrigerado al que está conectada la bomba de agua P1 destinada a alimentar de agua el dispositivo de separación 100.
El depósito 110 comprende ventajosamente 3 sondas N1, N2 y N3 que permiten detectar el nivel de agua. Están situadas una sobre otras en la pared del depósito. Estas sondas pueden presentarse en diferentes formas conocidas. Por ejemplo, pueden presentarse en forma de sonda óptica, de sonda de ultrasonidos, de sonda capacitativa, de sonda de presión o de sonda conductiva de electrodos, por ejemplo. Preferentemente, son sondas de electrodos. Las sondas de la parte inferior N3 y de la parte superior N1 son sondas de seguridad que detectan bien la falta de agua (para N3) o bien el exceso de agua (para N1). En los dos casos, el sistema de separación y depuración del biogas se detiene. Para ello, las sondas están conectadas con una unidad de control del sistema 1000, no representada en la figura 1, que permite controlar el funcionamiento o la detención de la bomba de agua P1, del compresor de biogas y de la electroválvula E.
Así, si la sonda de la parte inferior N3 no está sumergida en agua al cabo de un tiempo determinado de funcionamiento de la bomba de agua P1, por ejemplo al cabo de 5 minutos, envía una señal a la unidad de control del sistema que activa la detención de la bomba de agua P1 y el mantenimiento del compresor de biogas parado. Este caso puede presentarse, por ejemplo, si falta agua en el contenedor de almacenamiento de agua o si hay un malfuncionamiento de la bomba de agua, por ejemplo.
La sonda intermedia N2 permite, cuando detecta agua, enviar una señal a la unidad de control del sistema 1000, que activa entonces la puesta en funcionamiento del compresor de biogas. En efecto, es importante que el depósito 110 contiene agua antes de la inyección de biogas comprimido en este -en este caso con el objetivo de no perder biogas en el caso en el que la electroválvula E se abra mientras no hay agua. Además, sin flujo de agua en la columna de separación 120, el biogas no podría ser lavado y no podrían separarse sus componentes. Esta sonda intermedia permite además enviar una señal que permite activar la apertura de la electroválvula E para provocar el vaciado del depósito 110, con el fin de mantener el nivel de agua en el depósito siempre a un nivel de equilibrio constante fijado, por ejemplo a 50 cm.
Por su parte, la sonda superior N1 permite, cuando detecta agua a su altura, enviar una señal a la unidad de control del sistema que activa la detención del compresor de biogas y después de la bomba de agua P1 y la apertura de al electroválvula E. Este caso se puede producir si la presión en la columna de separación 120 es demasiado pequeña y no permite que el gas desgasificado se evacúe correctamente hacia el dispositivo de desgasificación 200 o bien cuando la electroválvula E está defectuosa y no se abre correctamente.
El dispositivo 200, cuya función es la desgasificación del agua y la extracción del CO2, comprende una segunda columna de separación 220 que se presenta en forma de una cuba cilíndrica 250 coronada por un conducto de separación 260, preferentemente cilíndrico. Esta segunda columna está colocada ventajosamente a vacío a una presión que puede ir, por ejemplo, hasta 1 bar por debajo de la presión atmosférica, preferente inferior a -0,5 bares, de forma más preferida inferior a -0,7 bares, de forma aún más preferida inferior a -0,9 bares, por ejemplo comprendida entre -0,5 y -1 bar. El conducto de separación 260 comprende en la parte superior, ventajosamente en el cuarto superior, una entrada 264 de agua cargada de dióxido de carbono procedente de primer depósito 110 del dispositivo de separación 100. Para ello, cuando la electroválvula E está abierta, evacuándose el agua del depósito 110, pasa a través de una segunda válvula de aguja, no representada en la figura 1, que permite reducir el caudal de agua. Una vez pasada esta válvula el agua se desgasifica bruscamente.
Ventajosamente, el dispositivo 200 comprende una bomba apta para mantener una presión en la segunda columna de separación 220 y en el segundo depósito 210, inferior a la presión atmosférica, por ejemplo inferior a -0,5 bares, de forma preferida, esta bomba es apta para mantener una presión en la segunda columna de separación 220 y en el segundo depósito 210, inferior a -0,7 bares, por ejemplo comprendida entre -0,5 y -1 bar.
El agua fluye a través de un revestimiento 261 dispuesto en el conducto de separación 260. El revestimiento 261 forma un laberinto a través del que transita el agua cargada de dióxido de carbono. Como la columna está a vacío se produce la desgasificación del agua. El revestimiento es idéntico al de 161 en la primera columna de separación 120. El revestimiento forma así una gran superficie de contacto para que el agua que fluye pueda desgasificarse correctamente antes de caer en la cuba 250 inferior. El CO2 que escapa es arrastrado por una bomba de vacío hacia un medio de recuperación a través de un orificio de evacuación 263 dispuesto en el cuarto inferior del conducto de separación 260 y, preferentemente, justo debajo del revestimiento 261. Como se presenta en la figura 1, el orificio de evacuación 263 puede estar situado entre el revestimiento 261 y un orificio 251 situado en la parte superior de la cuba 250 de la columna de separación 220.
El conducto de separación 260 presenta una sección transversal cuyo diámetro es inferior en 2 a 3 órdenes de magnitud al diámetro de la sección transversal de la cuba 250. Este dimensionamiento permite asegurar una velocidad de flujo del agua procedente del conducto de separación 260 en el volumen de agua contenido en la cuba 250 que es inferior a la velocidad ascensional del dióxido de carbono gaseoso que se desorbe del agua.
De forma muy ventajosa, el dispositivo de desgasificación 200 del sistema 1000 de separación y depuración de un biogas comprende además un segundo depósito cilíndrico 210 en comunicación fluídica con la columna de separación 220, por medio de otros dos canales 252 y 265. Este depósito comprende un orificio en su parte más alta, en el que está conectada una bomba de vacío no representada.
Un tercer canal 252 de comunicación fluídica conecta un orificio 253 situado en el fondo abombado de la cuba 250 de la columna de separación 220 con un orificio 212 dispuesto en la pared del tercio inferior del depósito 210. Este canal permite equilibrar la altura de los niveles de agua desgasificada en la cuba 250 y el depósito 210 según el principio de los vasos comunicantes. Según un ejemplo de realización, el nivel del agua en la cuba y en el depósito se fija a 50 cm de altura.
Este tercer canal 252 presenta ventajosamente la misma forma y las mismas dimensiones que su homólogo 152 situado entre la primera columna de separación 120 y el primer depósito 110.
El hecho de verter el agua desgasificada de la cuba 250 hacia el depósito 210, según el principio de los vasos comunicantes, presenta varias ventajas. Una primera ventaja reside en el hecho de que el agua no se evacúa directamente por el fondo de la cuba y no se corre el riesgo de que se produzcan fugas de CO2 no desgasificado y aún disuelto en el agua. En este caso, la cuba 250 no se puede vaciar por debajo de su nivel de equilibrio. Así, el agua que cae del conducto de separación 260 en el volumen de agua de la cuba 250 produce la formación de burbujas de CO2 residual. Estas burbujas, cuando atraviesan el canal 252, pueden entonces desgasificarse en el depósito 210 y ser arrastradas, gracias al vacío creado, hacia un medio de recuperación. Así, el CO2 residual no desgasificado en la columna de separación 220 se desgasifica en el depósito 210. Otra ventaja reside en el hecho de que el depósito 210 comprende sondas que permiten detectar el nivel del agua, que no se ven perturbadas por salpicaduras debidas a la formación de burbujas, durante la caída del agua, ya que estas burbujas solo se forman en la cuba 250.
El cuarto canal 265, por su parte, conecta el orificio 263 de evacuación del dióxido de carbono gaseoso, dispuesto en el conducto de separación 260, por debajo del revestimiento 261, con un orificio 214 dispuesto en la pared del tercio superior del depósito 210. Preferentemente, el orificio 214 está dispuesto a aproximadamente veinte cm de la parte más alta del depósito 210, midiendo dicho depósito por ejemplo 1,50 m y presentando una sección transversal de diámetro idéntico al de la cuba 250 de la columna de separación, por ejemplo un diámetro de 30 cm. Este canal 265 permite ventajosamente evacuar el CO2, que se desorbe del agua, de la columna de separación 220 hacia el depósito 210 y después hacia un medio de recuperación no representado en la figura 1.
Este cuarto canal 265 presenta ventajosamente la misma forma y las mismas dimensiones que su homólogo 165 situado entre la primera columna de separación 120 y el primer depósito 110. Presenta, por ejemplo, dos codos 266, 267 a 90° y una sección cuyo diámetro se extiende desde el orificio 214 del depósito hasta el orificio 263 de la columna de separación 120. Preferentemente, la variación del diámetro de sección no es constante, sino brusca a nivel del codo 266 situado frente al orificio 263 de salida del CO2 gaseoso del conducto de separación 260. Esta configuración del canal 265 permite evitar que el agua que cae del conducto de separación 260, debido a los remolinos y burbujas generados durante la caída, penetre en el depósito 210 a través del canal 265 de evacuación del CO2.
Además, hay un orificio 213 de evacuación del agua desgasificada dispuesto en el fondo abombado del segundo depósito 210. Un primer extremo de un canal de evacuación 216 está conectado con este orificio 213 mientras que el otro extremo está conectado con una segunda bomba de agua P2 que permite llevar el agua al contenedor 300. Esta bomba P2 permite, cuando se pone en funcionamiento, vaciar el segundo depósito 210 con el fin de dejar un volumen de agua constante en dicho depósito 210 durante toda la duración de la desgasificación del agua. El agua desgasificada que se evacúa de esta forma se dirige entonces hacia el contenedor 300 con el fin de ser bombeada de nuevo por la primera bomba de agua P1 para alimentar el dispositivo 100 de lavado y de separación de los constituyentes de un biogas.
Como en el caso del primer depósito 110, el segundo depósito 210 comprende ventajosamente 3 sondas N4, N5 y N6 que permiten detectar el nivel del agua. Ventajosamente están situadas una sobre otra en la pared del depósito. Estas sondas se pueden presentar en diferentes formas conocidas. Por ejemplo, pueden presentarse en forma de sonda óptica, sonda de ultrasonidos, sonda capacitiva, sonda de flotador, sonda de presión o sonda conductiva de electrodos. Preferentemente, son sondas de electrodos. Alternativamente, son sondas de flotadores. Las sondas de la parte inferior N6 y de la parte superior N4 son sondas de seguridad que detectan bien una falta de agua (para N6) o bien un exceso de agua (para N4). En estos dos casos, se detiene el sistema de separación y depuración del biogas. Las sondas están conectadas con la unidad de control del sistema 1000, no representado en la figura 1, para controlar el funcionamiento o la detención de la electroválvula E, de las bombas de vacío, de las bombas de agua P1 y P2 y del compresor de gas.
Así, si la sonda de la parte inferior N6 no está sumergida en el agua al cabo de un tiempo determinado después de la apertura de la electroválvula E, por ejemplo al cabo de 5 minutos, entonces se envía una señal (o en ausencia de señal) a la unidad de control del sistema que acciona la detención del compresor de biogas, la detención de la primera bomba de agua P1 y la detención de la bomba de vacío. Este caso se puede presentar, por ejemplo, cuando la electroválvula es defectuosa y no se abre correctamente o cuando la diferencia de presión entre el dispositivo de separación 100 y el dispositivo de desgasificación 200 no es suficiente, por ejemplo en el caso de una bomba de vacío defectuosa o cuando el nivel de presión en el dispositivo de separación 100 no permite el vaciado por la electroválvula.
La sonda intermedia N5 permite, cuando detecta agua, enviar una señal a la unidad de control del sistema 1000, que acciona entonces la puesta en funcionamiento de la segunda bomba de agua P2 con el fin de evacuar el agua desgasificada hacia el contenedor 300 y de mantener constante el nivel del agua en el segundo depósito 210, por ejemplo a 50 cm. La puesta en marcha de la bomba de vacío se hace por el electrodo o la sonda N5, por lo tanto cuando hay agua a este nivel y por lo tanto la bomba P2 está cebada.
La sonda superior N4, por su parte, permite, cuando detecta agua a su altura, enviar una señal a la unidad de control del sistema que acciona la detención del compresor de biogas, de la primera bomba de agua P1, el cierre de la electroválvula E, la detención de la bomba de vacío y la puesta en funcionamiento de la segunda bomba de agua P2. Este caso se puede producir, por ejemplo, cuando la segunda bomba de agua es defectuosa.
La desorción del CO2 contenido en el agua tiene una influencia sobre el pH del agua. Así, con un nivel de vacío de 0,5 bares por debajo de la presión atmosférica, el pH del agua ha sido medido a 5,40. Si se disminuye aún más el nivel de vacío entre 0,7 y 0,8 bares por debajo de la presión atmosférica, el pH sube a 5,60, lo que demuestra que se ha desorbido más CO2 y, por lo tanto, queda menos gas carbónico disuelto en el agua.
Además, se ha descubierto que con un caudal de agua constante, de 25 L/min por ejemplo, y a presión constante de 5,8 bares en el dispositivo de separación 100, la presión en el dispositivo de desgasificación 200 actúa sobre la pureza del metano extraído. Así, con un nivel de vacío de -0,5 bares, el metano extraído presenta una pureza de 94%, mientras que con un vacío de -0,8 bares, la pureza del metano extraído es de 96,6%. La desgasificación a vacío del agua cargado de CO2 actúa por lo tanto sobre la calidad de la depuración del biogas.
El sistema según la invención puede comprender igualmente una unidad de licuefacción apta para licuar el CO2 recuperado.
La licuefacción puede utilizar un refrigerante que puede ser una mezcla de refrigerantes elegidos generalmente entre el dióxido de carbono, el metano, el etano, el etileno, el propano, el butano y el pentano. Se puede tratar de un ciclo basado en un ciclo frigorífico constituido por un refrigerante o una mezcla de varios refrigerantes.
Alternativamente, la licuefacción puede ser una licuefacción de ciclo cerrado con nitrógeno en el que la potencia de enfriamiento generado por la expansión del nitrógeno se transmite por intercambiadores de calor al dióxido de carbono que pasa así al estado líquido.
Según otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa realizado a partir de un sistema según la invención.
En particular, la invención se refiere a un procedimiento de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa realizado a partir de un sistema según la invención que comprende una segunda columna de separación 220 alimentada de agua gasificada procedente del primer depósito 110, estando dicha segunda columna de separación 220 en comunicación fluídica con un segundo depósito 210 cuyo orificio de salida 215, situado en su parte más alta y conectado con una bomba de vacío, permite evacuar el gas que se desorbe del agua hacia un medio de recuperación empleado, realizándose la comunicación fluídica entre la segunda columna de separación 220 y dicho segundo depósito 210 por medio de un tercer y un cuarto canal 252 y 265.
El sistema según la invención se puede utilizar preferentemente en combinación con un digestor apto para producir un biogas que comprende mayoritariamente metano y dióxido de carbono. Así, el arranque del sistema 1000 según la invención puede ser controlado por la presencia del biogas que se debe depurar.
El arranque 520 del sistema conlleva el arranque 525 de la bomba de agua P1 que permite rociar, a nivel del revestimiento 161, agua a una temperatura preferentemente inferior a 15°C. El caudal de agua inyectado a presión en la primera columna de separación 120 está preferentemente comprendido entre 10 y 40 L/min.
Durante una etapa de control del llenado 530, la sonda N3 situada a nivel del primer depósito 110 detecta el nivel del agua en la parte inferior de la columna 150. Esto es posible porque la parte inferior de la columna 150 y el primer depósito 110 están en comunicación fluídica. Si no se detecta agua (NOK) al cabo de un tiempo predeterminado, entonces la bomba de agua se detiene 505. Dicha seguridad puede accionarse durante el primer llenado de la columna o si la electroválvula E está abierta de forma anormal o también en ausencia de agua en la cuba 300 en la que la bomba acaba de extraer el agua. Un sistema de seguridad permite a un operador volver a arrancar la bomba de agua después de verificar la seguridad del sistema.
Durante la etapa de iniciación 540 de la purificación, cuando la sonda N2 detecta (OK) la presencia de agua a su altura produce el arranque 545 de un compresor de biogas configurado para transferir el biogas desde el digestor hasta el sistema 1000 según la invención. En particular, el compresor de biogas no se detendrá cuando el nivel del agua esté a la altura de la sonda N2.
Además, cuando la sonda N2 detecta (OK) la presencia de agua a su altura acciona igualmente la apertura 546 de la electroválvula E y, al hacerlo, la presión del biogas en el primer depósito 110 permite expulsar el agua hacia la columna 261 con el fin de iniciar la etapa de liberación del dióxido de carbono.
N6 es la sonda que, de forma similar a su homóloga N3, realiza un control 550 de llenado del segundo depósito 210 e indica la presencia (OK) de agua en el segundo depósito 210. Si no se detecta agua aquí (NOK) al cabo de un cierto tiempo, el sistema 1000 se detiene 505 y espera la intervención de un operador para el arranque 510 del sistema.
Durante una etapa de iniciación de la recuperación 560 del dióxido de carbono, la sonda N5 permite en presencia de agua (OK), de forma similar a su homóloga N2, arrancar 565 la bomba de vacío y arrancar 566 la bomba de vaciado. En particular, la bomba de vaciado se detendrá cuando el nivel de agua esté por debajo de la sonda N5 mientras que la bomba de vacío solo se detendrá cuando el agua pase por debajo de la sonda N5.
Ventajosamente, la presión que impera en la primera columna de separación 120 y en el primer depósito 110 es superior a 3 bares y la presión que impera en la segunda columna de separación 220 y en el segundo depósito 210 es inferior a -0,5 bar.
Además, el procedimiento según la invención comprende una vigilancia continua de forma que se evite la aparición de un nivel demasiado elevado de agua en el sistema 1000. Así, si las sondas N1 o N4 detectan un nivel de agua demasiado elevado, la bomba de agua se detiene igual que el compresor. Este procedimiento de vigilancia y el comportamiento detallado del sistema con respecto a cada una de las dos sondas se describe en la figura 3.
Como se ha indicado, de forma preferida, el procedimiento comprende una etapa de vigilancia de derrame 570 en el primer depósito 110 durante la que, si el nivel de agua alcanza la sonda N1 (NOK), se activa una etapa de protección 575 que incluye la detención del compresor y de la bomba de agua, solo la electroválvula E permanece abierta. Por ejemplo, dicha situación puede darse si el compresor está averiado y no hay suficiente presión de biogas para eliminar el agua por la electroválvula abierta.
Si el procedimiento se detiene después de que el nivel de agua alcance la sonda N1, entonces el procedimiento introduce una vigilancia 576 del nivel de agua en el primer depósito 110 y solo si el nivel de agua es inferior al nivel de la sonda N2 (OK) la bomba de agua y el compresor se volverán a poner en marcha.
En particular, cuando la sonda N1 detecta el agua, la columna de desgasificación 200 no deja de funcionar ya que es preciso que desgasifique y evacúe el agua en exceso de la columna de lavado 100.
El procedimiento puede comprender igualmente una etapa de vigilancia de derrame 580 en el depósito 210 durante la que, si el nivel de agua alcanza la sonda N4 (NOK) se activa una etapa de protección 585 que incluye mantener cerrada la electroválvula E así como detener el compresor y la bomba de agua.
Después de la etapa de protección 585, el procedimiento según la invención verifica el estado 590 del detector de nivel N5 y si el nivel de agua en el depósito 210 pasa debajo del detector de nivel N5 (OK), el procedimiento vuelve a arrancar y en caso contrario (NOK) la bomba de vacío se detiene 595. En efecto, la persistencia de un nivel de agua por encima del detector de nivel N5 indica la dificultad de la bomba de vaciado para evacuar esta agua que está a un vacío de -0,8 bares, equivalente a una aspiración del agua en un pozo de 8 metros de profundidad, por lo tanto la bomba de vacío se detiene igualmente.
Estos sistemas de vigilancia pueden permitir mantener niveles de agua y de presión que permiten un rendimiento óptimo de la separación. En efecto, incluso pequeñas variaciones de estos parámetros pueden tener un efecto grande sobre el rendimiento.
Los inventores han acoplado el sistema según la invención con un digestor de materia orgánica que tiene la particularidad de no recibir como insumo más que deyecciones animales y residuos de cultivos, tales como la paja. Además, contrariamente a la metanización a base de residuos urbanos, los insumos no comprenden materias no biológicas tales como plásticos, metales, antibióticos, piedras y minerales, hidrocarburos y productos químicos. En este contexto, el procedimiento según la invención presenta la ventaja de purificar el dióxido de carbono a partir de una mezcla gaseosa que proviene de una fermentación anaerobia de una materia de origen biológico renovable y no ensuciada. Esto la diferencia de los procedimientos típicos que se basan en la explotación de fuentes no renovables o en la síntesis química.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Sistema (1000) de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa, que comprende una primera columna de separación (120) que se presenta en forma de una cuba (150) coronada por un conducto de separación (160), siendo el diámetro de la sección transversal de dicha cuba (150) al menos 2 veces superior al de dicho conducto de separación (160), estando dispuesta una salida (168) de gas depurado en la parte más alta de dicho conducto (160) y estando dispuesta una entrada (164) de agua a presión por debajo de dicha salida de gas depurado, comprendiendo dicho conducto de separación además un revestimiento (161) a través del cual el agua fluye mientras que dicha mezcla gaseosa remonta en contracorriente del agua desde un orificio (163) situado en el cuarto inferior de dicho conducto (160), con el fin de disolver uno de los dos gases en el agua, y dejar que el otro gas se evacúe hacia la salida (168) de gas depurado; caracterizándose dicho sistema por que comprende además un primer depósito (110) en comunicación fluídica con dicha primera columna de separación (120) por medio de dos canales (152; 165), comprendiendo dicho depósito, en su extremo superior, una entrada (115) por la que dicha mezcla gaseosa se inyecta a presión, el primer canal (152) de comunicación fluídica conecta un orificio (153) situado en el fondo de la cuba (150) de la columna de separación (120) con un orificio (112) situado en el tercio inferior del depósito (110), siendo dicho primer canal (152) apto para equilibrar el nivel del agua contenida en la cuba (150) y en el depósito (110) según el principio de los vasos comunicantes; y por que el segundo canal (165) de comunicación fluídica conecta el orificio (163) de entrada de dicha mezcla gaseosa, situado bajo el revestimiento (161) del conducto (160) de separación, con un orificio (114) situado en el tercio superior del depósito (110), de forma que se dirija dicha mezcla gaseosa inyectada a presión por la parte más alta (115) del depósito (110), hacia el orificio de entrada (163) del conducto (160) de separación.
  2. 2. - Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer canal (152) de comunicación fluídica presenta un diámetro que es 5 a 7 veces inferior al de la cuba (150) y el del depósito (110) y comprende al menos dos codos.
  3. 3. - Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que comprende además una segunda columna de separación (220) alimentada por una entrada (264), dispuesta en la parte superior, de agua gasificada procedente del primer depósito (110), presentándose dicha segunda columna en forma de una cuba (250) coronada por un conducto de separación (260), siendo el diámetro se la sección transversal de dicha cuba (250) al menos 2 veces superior al de dicho conducto de separación (260), comprendiendo dicho conducto de separación (260) además un revestimiento (261) a través del que fluye el agua gasificada; y por que dicha segunda columna de separación (220) está en comunicación fluídica con un segundo depósito (210) cuyo orificio de salida (215), situado en su parte más alta y conectado con una bomba de vacío, permite evacuar el gas que se desorbe del agua hacia un medio de recuperación empleado, realizándose la comunicación fluídica entre la segunda columna de separación (220) y dicho segundo depósito (210) por medio de un tercer y un cuarto canal (252; 265); y por que el tercer canal (252) de comunicación fluídica conecta un orificio (253) situado en el fondo de la cuba (250) de la segunda columna de separación (220) con un orificio (212) situado en el tercio inferior del segundo depósito (210), siendo dicho tercer canal (252) apto para equilibrar el nivel del agua contenida en la cuba (250) y en el segundo depósito (210) según el principio de los vasos comunicantes; y por que el cuarto canal (265) de comunicación fluídica conecta un orificio (263) de salida del gas que se desorbe del agua, situado bajo el revestimiento (261) del segundo conducto (260) de separación, con un orificio (214) dispuesto en el tercio superior de dicho segundo depósito (210), de forma que se dirija el gas que se desorbe del agua desde el orificio (263) de salida del conducto (260) de separación hacia el orificio de salida (215) de dicho segundo depósito (210).
  4. 4. - Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que el tercer canal (252) de comunicación fluídica presenta un diámetro que es 5 a 7 veces inferior al de la cuba (250) y el del depósito (210) y comprende al menos dos codos.
  5. 5. - Sistema según una de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado por que el segundo y el cuarto canal (165, 265) de comunicación fluídica, que permiten vehicular el gas, presentan una sección cuyo diámetro se extiende desde el orificio (114, 214) del depósito (110, 210) hasta el orificio (163, 263) del conducto de separación (160, 260), de forma que el diámetro del orificio (163, 263) dispuesto en el conducto de separación (160, 260) es al menos 2 veces mayor que el del orificio (114, 214) dispuesto en el depósito.
  6. 6. - Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que el primer y/o el segundo depósito (110; 210) comprende tres sondas (N1, N2, N3; N4, N5, N6), dispuestas una sobre otra en la pared de dicho depósito (110; 210), aptas para detectar el nivel de agua en dicho depósito y conectadas con una unidad de control del sistema que permite accionar, según el nivel de agua detectado en dicho depósito (110, 210), el funcionamiento o la detención de una primera bomba de agua (P1), permitiendo la alimentación de agua a presión en el primer conducto de separación (160) y/o de un compresor que permite la inyección de dicha mezcla gaseosa a presión en dicho primer depósito (110) y/o de una electroválvula (E) conectada en la parte inferior de dicho primer depósito (110) para permitir un vaciado de dicho primer depósito (110) y la alimentación de agua gasificada en el segundo conducto de separación (260) y/o de una bomba de vacío que permite la evacuación del gas que se desorbe del agua y/o de una segunda bomba de agua (P2) conectada en la parte inferior de dicho segundo depósito (210) para permitir el vaciado de dicho segundo depósito (210).
  7. 7. - Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que comprende un medio de refrigeración del agua situado con anterioridad a la entrada (164) de agua a presión de la primera columna de separación (120) y apta para enfriar el agua a una temperatura inferior a 152C.
  8. 8. - Procedimiento de separación y depuración de dos gases constitutivos de una mezcla gaseosa realizado a partir de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que la presión que impera en la primera columna de separación (120) y en el primer depósito (110) es superior a 3 bares y la presión que impera en la segunda columna de separación (220) y en el segundo depósito (210) es inferior a -0,5 bares.
  9. 9. - Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el agua está enfriada a una temperatura inferior a 15° con anterioridad a la entrada (164) de agua a presión de la primera columna de separación.
  10. 10.- Procedimiento según una des las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por que el caudal de agua inyectada a presión en la primera columna de separación (120) está comprendido entre 10 y 40 L/min.
  11. 11.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que la mezcla gaseosa es un biogas, el gas hidrosoluble que se disuelve en el agua es dióxido de carbono (CO2) y el gas depurado que se evacúa en la parte superior del primer conducto de separación es metano (CH4).
  12. 12.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que la presión que impera en la primera columna de separación (120) y en el primer depósito (110) es función, por una parte, de la introducción de la mezcla gaseosa por el orificio (115) y, por otra parte, de la introducción de agua refrigerada mediante una bomba de agua (P1) por la entrada (164) de agua en la parte alta de la columna (120) y retenida por una electroválvula (E) en el extremo de un canal (116) conectado con un orificio dispuesto en el fondo abombado del depósito (110).
  13. 13.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que la depresión que impera en la segunda columna de separación (220) y en el segundo depósito (210) es función, por una parte, de una electroválvula (E) situada en el extremo de un canal (116) conectado con un orificio dispuesto en el fondo abombado del depósito (110) y, por otra parte, de una válvula antirretorno situada en la salida de una bomba de vaciado (P2), estando asegurada la depresión por una bomba de vacío.
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