23 noviembre 2011

Potencial de generación de electricidad a partir de residuos en granjas avícolas (2ª PARTE)




Ver 1ª PARTE

Características del biogás

El biogás es rico en metano y puede usarse para generar calor o electricidad. El contenido de metano en el biogás varía de un 40 a un 60 %. El valor calorífico del biogás depende de la temperatura, contenido de vapor de agua y presión. El contenido de vapor de agua en el biogás depende de la temperatura y presión. El valor calorífico del biogás conteniendo un 60 % de metano es alrededor de 20 -22 MJ/m3 o 6 kWh/m3. El octanaje es 130. La temperatura de auto ignición del metano es 650-750 ºC. La densidad del biogás es 1,2 g/l.
Como referencia, si queremos comparar el biogás con un 60 % de metano con otros combustibles tradicionales podemos usar las siguientes equivalencias:
  • 1 m3 de propano corresponde a 2,1 m3 de biogás.
  • 1 litro diesel corresponde a 1,6 m3 de biogás.
  • 1 kWh de electricidad (valor calorífico 3,6 MJ/kWh) corresponde a 0,2 m3 de biogás.

El biogás de una granja agrícola contiene metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y humedad. Una composición típica es la que mostramos a continuación:
  • Metano: 58,72 %
  • Dióxido de carbono: 38,25 %
  • Sulfuro de hidrógeno: 0,35 % o 3500 ppm
  • Nitrógeno: 2,68 %

Al contrario que el gas natural tiene un alto porcentaje en dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. El H2S es tóxico y corrosivo cuando se combina con la humedad para formar ácido sulfúrico o sulfuroso que puede corroer todas las partes metálicas con las que entra en contacto. El CO2 tiene una desventaja volumétrica cuando se usa en un motor para combustión.

Impacto del H2S

La presencia de H2S en el biogás procedente de una granja avícola puede ir de 0,3 a 0,8 % (8 ppm). Sin embargo, el nivel de H2S en el gas natural es de 4 ppm. H2S es severamente corrosivo a los metales asociados con el transporte del gas y las partes metálicas del motor, es incluso corrosivo con el acero inoxidable.
Una unidad de retirada de H2S hasta un límite de 250 ppm puede considerarse aceptable.

Impacto del CO2

En el biogás de una granja agrícola la presencia de biogás es alrededor del 40 %. CO2 no tiene valor calorífico y se requiere su retirada para incrementar la intensidad de energía del gas por unidad de volumen. A veces se requiere incrementar la intensidad de energía del gas por volumen unitario. A veces se requiere la retirada de CO2 debido a que forma un complejo llamado CO2CO2  que es bastante corrosivo en presencia de agua. Adicionalmente es necesaria la retirada de gas en una planta criogénica para prevenir la solidificación de CO2. Para generar energía eléctrica, la presencia de CO2 reducirá el ratio de aire combustible del motor debido a que suministrar la misma entrada térmica del sistema requiere más biogás. Así se reduce el caudal de aire en el motor bajo un volumen constante. Un caudal de aire limitado al motor reduce la salida máxima del motor. Sin embargo la eficiencia total del motor no cambia demasiado por lo que a pequeña escala la retirada del CO2 no es imprescindible.

Impacto de la humedad

Después de retirar el H2S el gas debe pasar a través de una unidad de retirada de humedad donde el gas es liberado de humedad.

Plantas de biogás

El número de plantas de biogás a instalar dependerá del potencial de biogás generado diariamente. Las plantas más comunes son de tipo bóveda fija. Una planta de bóveda está formada por una bóveda cerrada que consiste en un digestor y una cámara de gas que es fija y no movible. El gas se almacena en la parte superior del digestor. Una práctica normal es que el volumen de la cámara de gas sea un tercio del volumen total de la bóveda. Cuando comienza la producción de gas la lechada se desplaza al tanque de compensación. La presión de gas se incrementa con el volumen de gas almacenado. Se requiere un regulador de presión para mantener una presión constante del caudal del gas al motor. Las ventajas de la planta de bóveda fija son su bajo coste de construcción, no tener partes móviles, vida útil prolongada y proporcionar protección frente al frío del invierno. Sin embargo, las desventajas son la porosidad o grietas de la planta, temperatura del gas baja, y fluctuaciones de la presión del gas.
Unidad de retirada de H2S
Una de las formas más sencillas de eliminar el H2S es mediante el Sponge process. Estas unidades consisten en dos tanques de plástico cilíndricos transparentes. El gas conteniendo H2S o el gas acre pasa a través de un lecho de óxido rojo en forma de lana de acero. La lana de acero básicamente está formada en forma de fragmentos de acero oxidado de los que se obtienen en una operación de torneado. El lecho de lana de acero se coloca en el fondo de las torres. El gas entra en el fondo de la torre, luego pasa a través del lecho y finalmente sale por lo alto de la torre.
El óxido rojo tiene una alta afinidad para reaccionar con H2S. La reacción química del óxido rojo con H2S viene dada por la siguiente ecuación.


Unidad de retirada de humedad
El biogás entra en una unidad de retirada de humedad una vez ha pasado el proceso de retirada de H2S. El método de deshidratación por adsorción suele usarse para retirar vapor del chorro de gas. La deshidratación por adsorción es un proceso donde un desecante sólido se usa para retirar vapor de agua del chorro de gas. Hay dos tipos de deshidratación por adsorción. Una es la quimisorción y la otra la fisisorción. La quimisorción o adsorción química implica enlaces químicos específicos (o electrovalentes)  enlazando las moléculas de gas (o adsorbato) en una monocapa en los átomos de superficie de sólidos.
Bibliografía: The Potential of electricity Generation from Poultry Waste in Bangladesh.  International Institute of Management. 2007. University of Flensburg, Germany
Palabras clave: H2S removal system, adsorption dehydration
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