23 octubre 2011

Tecnologías con futuro: La producción anaeróbica del biogás en detalle (II)


Limpieza del biogás

La limpieza del biogás es importante por dos razones: (1) Incrementa el valor calorífico del gas, y (2) se cumplen los requerimientos de algunos aparatos de gas (motores, calderas, células de combustible, etc). La limpieza puede ser simple como la retirada de azufre, completa cuando implica la retirada de CO2, vapor de agua, y otros gases de traza, mientras que el “reforming” es la conversión de metano a hidrógeno.



Eliminación del CO2
Para muchas de las aplicaciones de biogás más simples tales como calentadores o motores de combustión interna, la retirada de dióxido de carbono (CO2) del biogás no es necesaria y el CO2 simplemente pasa a través del quemador o motor. Para aplicaciones de motores más demandantes de biogás, tales vehículos que requieren combustibles con densidad de energía más alta, el CO2 se retira de forma rutinaria. Quitando CO2 incrementa el valor de calor y lleva a una calidad de gas consistente similar al gas natural. El dióxido de carbono puede retirarse del gas económicamente a través de absorción o adsorción. Las separaciones de membrana y criogénica son otros procesos posibles.
Los depuradores contra-corriente presurizados de CO2 y H2S del biogás pueden llevarse a cabo en el agua. Para retirar el CO2 en particular; pH, presión, y temperaturas son críticas. Las altas presiones, bajas temperaturas, y alto pH incrementan el lavado de CO2 del biogás. El uso de soluciones de Ca(OH)2 pueden quitar completamente tanto CO2 como H2S. Tanto CO2 como H2S son más solubles en algunos disolventes orgánicos tales como el polietilenglicol y alcanolaminas que no disuelven metano. Estos disolventes orgánicos pueden usarse para lavar estos gases desde biogás incluso a bajas presiones. Los sistemas que usan este tipo de disolventes orgánicos pueden eliminar CO2 del biogás  por debajo de 0,5 %.
Sin embargo, el uso de disolventes orgánicos es mucho más caro que los sistemas de agua. La adsorción de CO2 en sólidos tales como carbón activado o tamices moleculares es posible pero requiere altas temperaturas y presiones. La separación criogénica es posible porque a 1 atmósfera, el metano tiene un punto de vaporización de – 106 ºC, mientras que el CO2 tiene un punto de vaporización de – 78 ºC.
La condensación fraccional y la destilación a bajas temperaturas puede así separar el metano puro en forma líquida, lo cual es conveniente para el transporte. Hasta un 97 % del metano puro puede obtenerse, pero el proceso requiere altas inversiones iniciales y operacionales. Los tamices moleculares o de membrana dependen de la diferencia en permeabilidad de componentes de gases individuales a través de una membrana fina. Las separaciones de membranas están ganando popularidad rápidamente. Otras conversiones químicas son técnicas viables, pero su rendimiento es pobre en la limpieza de biogás.
Eliminación del vapor de agua
Directo del digestor, el biogás generalmente está saturado. Además de reducir el valor energético del biogás, el agua puede reaccionar con H2S para crear hidrógeno iónico y/o ácido sulfúrico, que es corrosivo a los metales. La refrigeración o el trabajo de tuberías sensibles pueden condensar y retirar el agua. El biogás normalmente se comprime antes de enfriarse para alcanzar altos puntos de rocío. Alternativamente los mecanismos de retirada de vapor incluyen adsorción en: (1) gel de sílice y Al2O3 en puntos de rocío bajos, (2) sales de glicol e higroscópicas a temperaturas elevadas, y (3) tamices moleculares.
Eliminación de sulfuro de hidrógeno
El sulfuro de hidrógeno en el biogás necesita ser eliminado para todos excepto para las aplicaciones de quemadores más simples. El sulfuro de hidrógeno en combinación con el vapor de agua en el biogás puede formar ácido sulfúrico (H2SO4), que es muy corrosivo en motores y componentes. En concentraciones por encima de 100 partes por millón en volumen (ppmv), H2S es también muy tóxico. El carbón activado puede usarse para retirar tanto H2S como CO2. El carbón activado catalíticamente convierte H2S en azufre elemental. El sulfuro de hidrógeno también puede lavarse del biogás en: soluciones de sales de hierro, NaOH o agua. Un proceso simple y barato es dosificar un chorro de biogás con O2, que oxida H2S a azufre elemental. La dosificación del oxígeno puede reducir H2S por debajo de los niveles de 50 ppm de biogás. El óxido de hierro también elimina H2S como sulfuro de hierro. Este método puede ser sensible al alto contenido del vapor de agua del biogás. Además de limpiar el biogás de H2S después de ser producido, los métodos disponibles para reducir el contenido de H2S del biogás producido incluyen: co-digestión, digestión multifase, buffering del pH del reactor, y retirada del azufre del sustrato de alimentación.
Bibliografía: Digestion Anaerobic of Biogas. Extension Foundation.
Publicar un comentario