25 diciembre 2011

Preparación del gas en los procesos que utilizan biogás



El biogás no es absolutamente puro, sino que también contiene gotitas, polvo, o gases traza. Toda esta contaminación tiene que ser retirada, dependiendo de la utilización posterior del biogás.
Las partículas sólidas en el biogás son a veces componentes de hidrocarburos que son filtrados fuera del biogás con colectores de polvo usuales.
El lodo y los componentes de espumas se separan en ciclones. La separación puede mejorarse inyectando agua en el biogás antes del ciclón. Puede usarse agua de proceso.
Siguiendo a tal equipo, pueden usarse filtros de grava o cartuchos para retirar la contaminación gruesa del biogás.
Para la retirada de gases traza se aplican técnicas de depuración, adsorción, absorción, y secado. Los catalizadores no son apropiados porque el biogás perjudica su vida útil.

Ejemplos de calidades requeridas para aplicaciones de biogás en Europa

En aplicaciones de Motores de Gas tenemos los siguientes valores:
  • CH4: Mínimo 430 mg/Nm3 (60 % en volumen).
  • H2S (Sulfuro de hidrógeno) < 200 mg/Nm3 (0,013 %).
  • Total azufre sin agentes odorizantes < 2200 mg/Nm3. (Esto es relativo al contenido de CH4).
  • CO2: 60 mg/Nm3.
  •  Agua: < 80 % humedad relativa.
  • Vapor de hidrocarburos (<C10). 300 mg/Nm3. (Esto es relativo al contenido de CH4).
  • Vapor de hidrocarburos (<C10). 250 mg/Nm3. (Esto es relativo al contenido de CH4).
  • Polvo < 10 mg/Nm3. (Esto es relativo al contenido de CH4).
  •  Tamaño de partícula: 3 – 10 µm.
  • NH3 < 30 mg/Nm3. (Esto es relativo al contenido de CH4). 
  • Polisiloxanos: 0,2 mg/ Nm3.
  • Cloro: 100 mg/ Nm3 (Esto es relativo al contenido de CH4).
  • Flúor: 50 mg/ Nm3 (Esto es relativo al contenido de CH4).

Retirada del sulfuro de hidrógeno

El sulfuro de hidrógeno en el gas de fermentación perturba la vida útil de tuberías y toda la instalación que usa biogás. Es tóxico y fuertemente corrosivo para muchos tipos de acero.
Cuando el hidrógeno contenido en el biogás se quema se convierte en óxidos de azufre, los cuales corroen los componentes metálicos y producen acidez en el aceite del motor en el CHP.
Para prevenir daños del CHP y otros equipos, ej. intercambiadores de calor y catalizadores, el sulfuro de hidrógeno debe eliminarse o reducirse.
Para operar sin problemas el CHP, no deben excederse los valores límites de 100-500 mg/m3 H2S (igual a 0,05 % por volumen), dependiendo de las recomendaciones del fabricante del CHP. Pueden aceptarse cargas pico por encima de estos límites de forma ocasional.
Para la retirada de sulfuro de hidrógeno del biogás, son posibles diferentes procedimientos químicos, físicos y biológicos. El objetivo es un contenido residual de de sulfuro de hidrógeno de 20 mg/Nm3 en el biogás descontaminado. Este valor es difícil de alcanzar con procedimientos biológicos y fisicoquímicos. Se usan combinaciones tales como un proceso biológicos para limpieza del gas grueso y adsorción para la limpieza final.
Generalmente, el procedimiento de desulfurización se selecciona siempre en relación a la concentración de H2S, el caudal másico de azufre, y también las posibilidades de los residuos del gas de limpieza.

Desulfurización biológica

La desulfurización biológica es principalmente aplicada para la reducción del contenido de H2S. El proceso es efectivo en concentraciones de hasta 3000 mg Nm-3. En el proceso de desulfurización biológica, el sulfuro de hidrógeno es absorbido en el agua y luego decrece biológicamente. Microorganismos de las especies Thibacillus y Sulfolobus, que están omnipresentes y por lo tanto no tienen que ser especialmente inoculados, degradan el sulfuro de hidrógeno.
El procedimiento da como resultado biogás que es aproximadamente desulfurizado pero todavía conveniente para ser quemado en motores de gas o en plantas de biogás agrícolas. En plantas donde se fermentan bio residuos, puede ser solamente retirado el 50 % del sulfuro de hidrógeno.
La descomposición del H2S para formar sulfatos y/o sulfuros tiene lugar según las siguientes ecuaciones:
Usualmente el 75 % del H2S en el biogás se descompone biológicamente a azufre puro y el resto a sulfato. Si los organismos producen azufre dominan la descomposición, luego un valor del  pH próximo a 7 se genera en la proximidad de estos microorganismos. 
Bibliografía: Deublein & Steinhauser. Biogas from Waste and Renewable Resource. Wiley-VCH
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