ES2841731T3 - Planta de biogás y procedimiento para la operación de una planta de biogás - Google Patents

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Abstract

Planta de biogás que comprende al menos un fermentador (1), preferentemente un fermentador seco para la generación de biogás, una instalación de aprovechamiento de biogás (2), un primer depósito de biogás (3) para el almacenamiento de biogás con un contenido de metano por debajo de un primer valor límite prefijable, que está conectado con una primera conducción de biogás (4) conectada con una salida de gas (7) del al menos un fermentador (1), y un segundo depósito de biogás (5) para el almacenamiento de biogás con un contenido de metano por encima de un segundo valor límite prefijable, que está conectado con una segunda conducción de biogás (6) conectada con una salida de gas (7) del al menos un fermentador (1), en donde la instalación de aprovechamiento de biogás (2) está conectada con el primer depósito de biogás (3) y/o la primera conducción de biogás (4) y el segundo depósito de biogás (5) y/o la segunda conducción de biogás (6), en donde la planta de biogás presenta un dispositivo de control (8) para controlar las proporciones de las corrientes de biogás conducidas desde las conducciones de biogás (4, 6) y/o los depósitos de biogás (3, 5) a la instalación de aprovechamiento de biogás, en función de su contenido de metano, y en donde la planta de biogás presenta un dispositivo de medición para medir el contenido de metano, que está conectado con las conducciones de biogás (4, 6) y/o los depósitos de biogás (3, 5).

Description

DESCRIPCIÓN
Planta de biogás y procedimiento para la operación de una planta de biogás
Campo técnico
La presente invención se refiere a una planta de biogás con al menos un fermentador para la generación de biogás, así como a un procedimiento para la operación de una planta de biogás.
Estado de la técnica
Estas plantas de biogás sirven para la generación de un biogás que contiene metano, el cual se usa para la obtención de energía, por ejemplo, mediante una central de cogeneración. Aquí, los fermentadores trabajan en operación por lotes, es decir, entre el llenado y la descarga del fermentador con la biomasa que ha de fermentarse o fermentada no tiene lugar una operación estacionaria de dicho fermentador. Más bien, al comienzo y al final de la fermentación de la biomasa tienen lugar fases de arranque y de parada en las que se producen gases o mezclas de gases y aire, que, a causa de su bajo contenido de metano, no pueden aprovecharse de manera significativa. Actualmente, estas mezclas de gases se queman o se dirigen a otro tipo de tratamiento del aire de escape. Las pérdidas de metano potencialmente aprovechable que aquí se producen hacen disminuir la eficiencia de una planta semejante. Otras pérdidas adicionales que reducen la eficiencia en plantas convencionales se producen porque la temperatura en el fermentador es superior a la temperatura a la que debe suministrarse el biogás a las instalaciones de aprovechamiento convencionales. Esto ocasiona, por un lado, pérdidas de calor del fermentador y, por otro lado, un gasto necesario de potencia de refrigeración para el biogás.
Del documento WO 2010/06709 A2 se conoce un procedimiento para la reducción de las pérdidas de metano durante el arranque y la parada de fermentadores de biogás. El biogás con metano generado en uno o varios fermentadores se trata mediante un sistema de tratamiento de biogás. Aquí, el biogás con metano se hace aprovechable al aumentar el sistema de tratamiento de biogás la concentración de metano de dicho biogás expulsando otros componentes a través de una conducción. Mediante un dispositivo de medición y control puede decidirse entonces si la concentración de metano presente a continuación es suficientemente alta para suministrar el biogás a una instalación de aprovechamiento. En caso contrario, el biogás puede volver a conducirse, por ejemplo, a uno o a una pluralidad de fermentadores. Únicamente se dividen los caudales. Sin embargo, el procedimiento descrito no puede suministrar de forma duradera una mezcla de gases aprovechable a una instalación de aprovechamiento sin actuar técnicamente sobre el control del arranque y la parada del fermentador ni incorporar una costosa instalación de tratamiento de gases.
Del documento EP 1428868 A1 se conoce un dispositivo para la fermentación anaeróbica de biomasa. Este dispone de un depósito temporal para almacenar el biogás que sobrepasa una determinada presión. Para ello, hay unas válvulas que se abren o se cierran. Sin embargo, esto no permite ninguna regulación del flujo másico.
La invención
La invención tiene como objetivo señalar una planta de biogás y un procedimiento para la operación de una planta de biogás que permitan evitar o al menos reducir las desventajas expuestas y así hacer posible una mayor eficiencia de la planta de biogás.
El objetivo se consigue mediante una planta de biogás con las características de la reivindicación 1 y un procedimiento para la operación de una planta de biogás con las características de la reivindicación 7. Las características de las reivindicaciones subordinadas se refieren a formas de realización ventajosas que contribuyen a la consecución del objetivo según la invención.
Según la invención, se prevé que el biogás obtenido en un fermentador que presente un contenido de metano por debajo de un primer valor límite prefijable se almacene temporalmente en un primer depósito de gas. Aquí se trata del biogás que se genera en las fases de arranque y de parada y que, por lo general, en las plantas convencionales debe desecharse. Este biogás con el contenido de metano por debajo de un primer valor límite prefijable se denomina también en adelante “gas pobre”. Ventajosamente, se mezcla este gas pobre con un biogás que presenta un contenido de metano por encima de un segundo valor límite prefijable, en adelante “gas rico”, y se opera una instalación de aprovechamiento de biogás con una mezcla de gas rico y gas pobre, denominada en adelante “gas mixto”.
Para hacer posible la realización del procedimiento, la planta de biogás según la invención presenta al menos dos depósitos de gas, de modo que se dispone de un primer depósito de gas para el almacenamiento de gas pobre y un segundo depósito de gas para el almacenamiento de gas rico. Los depósitos de gas pueden conectarse a través de conducciones de biogás con las salidas de gas del al menos un fermentador y la instalación de aprovechamiento de biogás puede conectarse con los depósitos de biogás y/o las conducciones de biogás de tal manera que es posible extraer, por un lado, biogás del primer depósito de gas o de sus conducciones de alimentación y, por otro lado, biogás del segundo depósito de gas o de sus conducciones de alimentación y suministrar los dos gases simultáneamente a la instalación de aprovechamiento de biogás. Según la invención, aquí la planta de biogás presenta un dispositivo de control para controlar las proporciones de las corrientes de biogás suministradas a la instalación de aprovechamiento de biogás desde las conducciones de biogás y/o los depósitos de biogás. Mediante estas conexiones, es posible suministrar a la instalación de aprovechamiento de biogás mezclas de gas aprovechables, incluso cuando en las fases de arranque y de parada del fermentador o de uno de los fermentadores se genere temporalmente un gas cuyo contenido de metano sería normalmente demasiado bajo para su aprovechamiento. Gracias a los depósitos de gas, es posible almacenar temporalmente gas rico o gas pobre, de modo que, promediado en el tiempo de operación de la planta de biogás, siempre puede generarse biogás aprovechable como gas mixto, incluso cuando se genere temporalmente un porcentaje demasiado alto de gas pobre, que entonces se almacena temporalmente en el depósito de gas pobre. El gas pobre almacenado temporalmente puede volver a extraerse entonces del depósito en las fases de operación con un buen porcentaje de gas rico y añadirse al gas mixto. A la inversa, también es posible almacenar temporalmente el gas rico en las fases con alto porcentaje del mismo y volver a extraerlo del depósito en las fases con un porcentaje demasiado bajo de gas rico para obtener un gas mixto aprovechable.
Ventajosamente, aquí las proporciones de gas rico y gas pobre se regulan para que el contenido de metano del gas mixto esté por encima de un tercer valor límite prefijable. Preferentemente, la regulación se realiza aquí de tal manera que tiene lugar en función del contenido de metano del gas rico y/o el gas pobre, de modo que, aún con contenidos de metano oscilantes en el gas rico y en el gas pobre, se garantice que el contenido de metano del gas mixto sobrepase el tercer valor límite prefijable.
Por consiguiente, según la invención, la planta de biogás presenta un dispositivo de medición para medir el contenido de metano que puede conectarse con las conducciones de biogás y/o los depósitos de biogás, de modo que, ventajosamente, se disponga de valores del contenido de metano de los gases producidos actualmente en los fermentadores y los almacenados en los depósitos de biogás, y/o del gas mixto suministrado a la instalación de aprovechamiento de biogás.
Ventajosamente, el primer valor límite se selecciona de tal manera que el contenido de metano en el primer depósito de biogás, es decir, el contenido de metano del gas pobre, esté por debajo del límite inferior de explosión que depende del contenido de oxígeno. De este modo, se reducen los límites de inversión por los menores requisitos de protección de la planta contra explosiones.
Ventajosamente, el segundo valor límite, es decir el valor límite inferior para el contenido de metano del gas rico, es del 37 %, preferentemente del 52 %. Además, es ventajoso que el tercer valor límite, es decir, el correspondiente al contenido mínimo de metano del gas mixto, sea del 35 %, preferentemente del 50 %. Unos contenidos de metano por encima de estos valores límite abren la posibilidad de aplicación en tipos corrientes de centrales de cogeneración y permiten una operación prácticamente ininterrumpida de la planta.
Ventajosamente, al menos en fases o de forma cíclica, el biogás o el gas pobre de un fermentador puede suministrarse de vuelta al mismo y, de este modo, recircularse. Para ello, el fermentador presenta una entrada de gas de purga, preferentemente en la zona del fondo del fermentador, que puede conectarse con la conducción de biogás correspondiente y que, de este modo, hace posible atravesar la biomasa con gas rico y/o gas pobre para esponjarla y garantizar así un mejor drenaje en dicha biomasa.
Preferentemente, la entrada de gas de purga también puede conectarse con una conducción de aire fresco, lo que hace posible una purga del fermentador con aire fresco, en particular durante la operación de arranque o de parada. Además, es ventajoso que la entrada de gas de purga también pueda conectarse con los depósitos de gas pobre y/o de gas rico para poder llevar a cabo también los correspondientes tratamientos de purga con gas de uno de los depósitos, por ejemplo, cuando, debido a los requisitos para la mezcla de gas que se suministra a la instalación de aprovechamiento de biogás, el gas no pueda extraerse directamente de un fermentador sin perjudicar la operación de la instalación de aprovechamiento de biogás.
Aquí es especialmente ventajoso que, durante el arranque o la parada de un fermentador, se suministre gas pobre al fermentador a través de la entrada de gas de purga, ya que esto hace posible entonces, en estas fases, obtener gas rico en este fermentador y extraerlo.
Ventajosamente, la planta de biogás presenta una conducción de aire/gas de escape, que puede conectarse con la salida de gases del al menos un fermentador y que conduce a un sistema de tratamiento del aire de escape. Esto permite prefijar los valores límite independientemente entre sí, de modo que las mezclas de gas que se generan en los fermentadores y por su composición no pueden asignarse al gas rico ni al gas pobre puedan eliminarse de forma segura.
Ventajosamente, aquí se coloca al menos uno de los depósitos de gas por encima del al menos un fermentador, de modo que sea adyacente a gran parte del mismo. Aquí se cubre preferentemente al menos el 50 % de la superficie del al menos un fermentador. Se prefiere especialmente que toda la superficie del al menos un fermentador o, de manera especialmente ventajosa, de todos los fermentadores disponibles, quede cubierta por el depósito o los depósitos de gas. Gracias a esta forma de construcción, la mayor parte del año puede conseguirse un aislamiento térmico del fermentador especialmente económico, en donde, a la vez, por la realización plana del depósito o los depósitos de gas, estos presentan una gran superficie al entorno, lo que en el promedio anual permite un buen enfriamiento del gas sin que se necesite una superficie de instalación superior a la superficie de la base del fermentador.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explicará a continuación esquemáticamente con más detalle mediante las figuras 1 a 10. Se muestran:
en la figura 1, un diagrama de flujo esquemático de una planta de biogás según la invención ilustrativa durante la producción de gas rico en dos fermentadores, con el almacenamiento simultáneo del gas pobre de un tercer fermentador;
en la figura 2, el diagrama de flujo de la planta de la figura 1, mientras se mezcla gas pobre con el gas rico antes de su aprovechamiento;
en la figura 3, el diagrama de flujo de la planta de las figuras 1 y 2 durante el suministro de gas pobre del depósito de gas pobre a un fermentador, con la extracción simultánea de gas rico de todos los fermentadores;
en la figura 4, el diagrama de flujo de la planta representada en las figuras 1 a 3 durante la producción y aprovechamiento de gas rico en dos fermentadores, con el almacenamiento simultáneo del gas pobre de un fermentador, en donde a uno de los fermentadores que produce gas rico se le vuelve a suministrar una parte de la corriente de gas rico;
en la figura 5, un diagrama de flujo de la planta representada en las figuras 1 a 4 durante la producción de gas rico en dos fermentadores y la producción de gas pobre en un fermentador, en donde el gas rico y el gas pobre se aprovechan como gas mixto y la proporción de gas pobre en el gas mixto se regula a través de la extracción de gas pobre del depósito de gas pobre y/o su suministro al mismo;
en la figura 6, un diagrama de flujo de la planta de las figuras 1 a 5, en donde un fermentador genera gas pobre, el cual se aprovecha conjuntamente con el gas rico de otro fermentador, en donde el porcentaje de gas pobre se regula a través del depósito de gas pobre, y en donde una parte del gas rico se devuelve al fermentador que produce el gas rico y un tercer fermentador se purga simultáneamente con aire fresco que se evacúa a través de una conducción de aire/gas de escape;
en las figuras 7 a 10, distintas posibilidades de instalación ilustrativas con la colocación de los depósitos de gas sobre el techo de los fermentadores o al lado de los fermentadores.
Mejor modo de realización de la invención
La planta según la invención ilustrativa presenta tres fermentadores 1 operables de forma independiente entre sí, cuyas salidas de gas 7 pueden conectarse opcionalmente con la primera conducción de biogás 4, la segunda conducción de biogás 6 o una conducción de aire/gas de escape 10, en donde esta última conduce a un sistema de tratamiento de aire/gas de escape 11. Las corrientes de biogás conducidas por las conducciones de biogás 4 y 6 pueden mezclarse entre sí o suministrarse por separado a una instalación de aprovechamiento de biogás 2. La planta según la invención ilustrativa presenta un dispositivo de control 8 para la mezcla de las dos corrientes de biogás. Además, se prevé un dispositivo de medición 13, que pueda medir el contenido de metano del biogás suministrado a la instalación de aprovechamiento 2. La conducción de biogás 4 está conectada con el depósito 3 diseñado como depósito de gas pobre. Aquí, mediante válvulas de cierre 14, así como un dispositivo de bombeo 15, puede suministrarse específicamente biogás al primer depósito de gas 3 o extraerlo del mismo. Alternativamente, es posible puentear este depósito.
La segunda conexión de biogás 6 está conectada con un segundo depósito de biogás 5, que está diseñado como depósito de compensación para esta conducción de biogás.
Los fermentadores 1 presentan además entradas de gas 9 que pueden conectarse opcionalmente y de forma independiente entre sí con la conducción de biogás 4, la segunda conducción de biogás 6 o una conducción de aire fresco 12 a través de válvulas de cierre 16.
Aquí se prevén los dispositivos de bombeo 17, que sirven proporcionar una presión suficiente del gas de enfriamiento durante la purga de los fermentadores 1 a través de la entrada de gas 9 que se encuentra en la zona del fondo del fermentador correspondiente. Otras válvulas de cierre 18 sirven para conectar las salidas de gas 7 de los fermentadores 1 de forma selectiva e independiente entre sí con la conducción de escape de aire/gas 10, la primera conducción de biogás 4 y/o la segunda conducción de biogás 6.
Los depósitos de biogás 3 y 5 pueden instalarse de manera convencional independientemente de los fermentadores 1. Pero también es posible y especialmente ventajoso realizar los depósitos de biogás de modo que uno de los dos depósitos de biogás, es decir, el primer depósito de biogás 3 o el segundo depósito de biogás 5, cubra la superficie del techo de los fermentadores. Igualmente es posible que los dos depósitos se coloquen sobre una superficie de techo conjunta formada por los fermentadores disponibles 1. Aquí, como se representa en la figura 7, pueden colocarse adyacentes sobre el techo depósitos de biogás independientes. Pero también es posible, como se representa en la figura 8, dotar a los dos depósitos de biogás 3 y 5 con una cubierta de protección conjunta 19.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Planta de biogás que comprende al menos un termentador (1), preferentemente un termentador seco para la generación de biogás, una instalación de aprovechamiento de biogás (2), un primer depósito de biogás (3) para el almacenamiento de biogás con un contenido de metano por debajo de un primer valor límite prefijable, que está conectado con una primera conducción de biogás (4) conectada con una salida de gas (7) del al menos un termentador (1) , y un segundo depósito de biogás (5) para el almacenamiento de biogás con un contenido de metano por encima de un segundo valor límite prefijable, que está conectado con una segunda conducción de biogás (6) conectada con una salida de gas (7) del al menos un termentador (1), en donde la instalación de aprovechamiento de biogás (2) está conectada con el primer depósito de biogás (3) y/o la primera conducción de biogás (4) y el segundo depósito de biogás (5) y/o la segunda conducción de biogás (6), en donde la planta de biogás presenta un dispositivo de control (8) para controlar las proporciones de las corrientes de biogás conducidas desde las conducciones de biogás (4, 6) y/o los depósitos de biogás (3, 5) a la instalación de aprovechamiento de biogás, en función de su contenido de metano, y en donde la planta de biogás presenta un dispositivo de medición para medir el contenido de metano, que está conectado con las conducciones de biogás (4, 6) y/o los depósitos de biogás (3, 5).
2. Planta de biogás según la reivindicación 1, caracterizada por que el al menos un fermentador (1) presenta una entrada de gas de purga (9) conectable con una conducción de aire fresco (12), preferentemente en la zona del fondo del al menos un fermentador (1).
3. Planta de biogás según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que el al menos un fermentador (1) presenta una entrada de gas de purga (9), preferentemente en la zona del fondo del al menos un fermentador, conectable con el primer depósito de biogás (3) y/o la primera conducción de biogás (4).
4. Planta de biogás según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el al menos un fermentador (1) presenta una entrada de gas de purga (9), preferentemente en la zona del fondo del al menos un fermentador (1), conectable con el segundo depósito de biogás (5) y/o la segunda conducción de biogás (6).
5. Planta de biogás según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que al menos uno de los depósitos de gas (3, 5) está colocado por encima del al menos un fermentador (1) y es adyacente a gran parte del mismo, en donde preferentemente al menos el 50 % de la superficie del al menos un fermentador (1), con preferencia especial toda la superficie del al menos un fermentador (1), ventajosamente de todos los fermentadores (1) disponibles, está cubierta por el depósito o los depósitos de gas (3, 5).
6. Planta de biogás según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que la planta de biogás presenta una conducción de aire/gas de escape (10) que está conectada con la salida de gas (7) del al menos un fermentador (1) y preferentemente conduce a un sistema de tratamiento de aire/gas de escape (11).
7. Procedimiento para la operación de una planta de biogás según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el biogás obtenido en un fermentador (1) que presenta un contenido de metano por debajo de un valor límite prefijable se almacena temporalmente en un primer depósito de gas (3).
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el biogás que presenta un contenido de metano por debajo de un valor límite prefijable se mezcla con un biogás obtenido en los fermentadores (1) que presenta un contenido de metano por encima de un segundo valor límite prefijable, y una instalación de aprovechamiento de biogás (2) se opera con una mezcla de los dos biogases.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que el biogás que presenta un contenido de metano por encima de un segundo valor límite prefijable se almacena temporalmente en un segundo depósito de gas (5).
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que las proporciones de los biogases se regulan, especialmente en función del contenido de metano de los biogases, preferentemente de modo que el contenido de metano de la mezcla de los dos biogases esté por encima de un tercer valor límite prefijable.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que durante el arranque o la parada de un fermentador (1), se suministra un biogás que presenta un contenido de metano por debajo del primer valor límite prefijable a dicho fermentador (1), en donde simultáneamente se extrae de dicho fermentador (1) un biogás que presenta un contenido de metano por encima del segundo valor límite prefijable.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que, al menos en fases y/o de forma cíclica, se suministra a un fermentador (1) un biogás que presenta un contenido de metano por encima del segundo valor límite prefijable, en donde simultáneamente se extrae de dicho fermentador (1) un biogás que presenta un contenido de metano por encima del segundo valor límite prefijable y/o un biogás que presenta un contenido de metano por debajo del primer valor límite prefijable.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que el primer valor limite se elige de modo que el contenido de metano en el primer depósito de biogás (3) esté por debajo del límite inferior de explosión que depende del contenido de oxígeno.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado por que el segundo valor límite corresponde a un contenido de metano del 37 %, preferentemente a un contenido de metano del 52 %.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado por que el tercer valor límite corresponde a un contenido de metano del 35 %, preferentemente a un contenido de metano del 50 %.
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