Máquinas, Equipos y Tecnología en Línea de Biogás en Vertederos
BiogÁs en Vertederos
MAQUINAS, EQUIPOS Y TECNOLOGIAS EN LINEA DE BIOGAS EN
VERTEDEROS/RELLENOS SANITARIOS.
Introducción.
Conceptos básicos.
Los vertederos, rellenos sanitarios o basureros, son aquellos lugares donde se deposita finalmente la basura, principalmente el residuo sólido urbano RSU.
Tipos de vertederos.
Vertedero clandestino: Es un lugar en el que, sin consideraciones medioambientales, es elegido por algún grupo humano para depositar sus desechos sólidos. Son grave fuente de contaminación, enfermedades y otros problemas. Generalmente son establecidos en depresiones naturales o sumideros.
Vertedero municipal o urbano: Es un vertedero que, bajo ciertas consideraciones o estudios de tipo técnico-económico, social y ambiental, es destinado a ese fin por los gobiernos municipales. También son conocidos como «vertederos controlados» o «rellenos sanitarios».
Tipos de vertederos controlados. En función de la topografía o cómo se deposita el RSU podemos encontrar los tipos: vertederos en área, vertederos en trinchera, vertederos en depresión y vertederos en ladera.
Producción de biogás en vertedero/Relleno sanitarios. A diferencia de los procesos controlados de producción de biogás que es pura receta como en el caso de las EDAR en que todo el proceso se centra en la digestión anaerobia, los procesos naturales carecen de un buen control del o de los procesos que tienen lugar y por ello el biogás que se genera tiene su propias características.
Proceso no controlado. Biogás
de vertederos (landfill gas). Es este caso, el proceso de biodigestión de la
materia orgánica se produce de manera natural, por lo que en su producción intervienen diferentes procesos que hacen
complejo este tipo de sistema de producción (digestión aerobia y anaerobia a los cuales se suman procesos térmicos como la combustión espontanea y la pirólisis, principalmente de materiales plásticos, uno de los residuos mayoritarios en este tipo de instalación) y a su vez el biogás generado. Para
entenderlo hay que hacer arte con la ciencia.
Etapas/Fases involucradas en la producción de biogás en vertedero.
Figura 2. Etapas involucradas en la producción del biogás de vertedero. Proceso natural
Composición del gas de vertedero/Relleno sanitarios. El biogás procedente de proceso no controlado, por ejemplo, vertedero se caracteriza por tener relativa baja concentración de metano (CH4), relativa alta concentración de CO2, alta concentraciones de O2 y N2, incluyendo de hidrocarburos pesados y halogenados y en cierto caso elevada concentración de H2S en dependencia de la carga orgánica que aportan los RSU o por la presencia de sulfatos presentes en la tierra de rellenos o en los suelos donde se depositan los RSU.
Figura 3. Composición típica biogás de vertedero. Actualizada J. Reina 2015. Cortesía BGasTech
Instalación de captación y limpieza del biogás. Partes componentes.
Las características de una instalación de captación de biogás siempre dependerán del origen de producción del biogás (sistema controlados o sistema no controlados) y de las condiciones de proceso a satisfacer. Por lo general, las instalaciones de captación de biogás de plantas de digestión anaerobia son más sencillas y presentan menos dificultades que una instalación de captación de un vertedero.
Por lo general, una instalación de captación de biogás cuenta con los elementos siguientes:
a) Sistema de tubería. Colectores, trampa de vapor, filtros, pozos, etc.
b) Máquina de flujo. Encargada de suministrar la energía necesaria al fluido para su transporte hasta los diferentes consumidores.
c) Medio de almacenamiento. Gasómetros. Caso típico de biogás procedente de biodigestores (EDAR). Sistema controlado de producción
d) Antorcha. Medio de destrucción vía combustión, tanto del biogás producido como del exceso de producción. Para aquellas instalaciones que carecen de sistema de valorización.
e) Estación de medición y control. Típico en vertederos. Sistema no controlado de producción
f) Planta de limpieza del biogás. Tecnologías.
A diferencia de las EDARs o planta de digestión, la línea captación del biogás en un vertedero trabaja, por lo general, a bajas presiones, es decir, presión negativa con presiones comprendida entre los -50 y -250 mbar(g) dependiendo de las longitudes de las tuberías de extracción y de las características y de la disposición de los pozos.
Figura 4. Elementos que conforman el sistema de captación. Cortesía de Traco Iberia S.l
Sistema de captación. El sistema de captación del biogás en vertedero es generalmente la combinación de varios elementos. Uno de gran importancia son los pozos de captación.
Pozos verticales de gas. Los pozos necesitan un diámetro grande, pueden ser construido después del vertido por perforación, pero son a menudo y con menos gastos, fabricados a medida que sube el lecho.
Figura 5. Pozo de extracción del biogás. Estructura y elementos.
Estación de regulación y control.
- Sistema central de análisis formado por un analizador de metano, un analizador de oxígeno y un autómata central. La finalidad del sistema de control es mantener constante el porcentaje de metano en el biogás que se envía a los diferentes puntos de consumo y controlar los niveles de oxígeno presentes en el biogás para evitar mezclas explosivas.
- Casetas de regulación. Cada caseta cubre una determinada zona del vertedero y a cada una de ellas llegan las líneas de conducción.
Figura 5. Sistema de extracción y control del biogás. Estación de regulación y control.
Estación de bombeo. La estación de bombeo garantiza la aspiración, la regulación de la presión y el caudal. Los diferentes colectores deben ser equipados de válvulas para la regulación de la presión. Es aconsejable tener una estación de control automático de la calidad y cantidad de gas, acoplada con un sistema de parada de bombeo y alarma, con la finalidad de tener datos para la regulación, evitar riesgos de explosión y conocer el funcionamiento de las máquinas.
Figura 6. Estación de captación y transporte del biogás
Antorcha. Son equipos que se utilizan para la combustión de gases, en este caso, del exceso de biogás procedente del sistema de captación o del sistema de generación de energía. Las antorchas pueden ser clasificadas en dos tipos fundamentales: de llama vista o de llama oculta.
Figura 8. Tipo de antorcha. Tratamiento excedente de biogás.
Limpieza del biogás. Según su composición la combinación de técnicas es una tecnología adecuada para tratar este tipo de gas. Las técnicas de enfriamiento-condensación y adsorción en carbón activado es una técnica factible de aplicar para la limpieza del biogás. Tecnología BTS-MPdry- Biolimp-Siloxa. Desarrollada por BGasTech. Dr. Joaquín Reina Herdz.
Los componentes bases, por lo general, a eliminar son. Vapor de agua, Siloxanos e Hidrocarburos, tanto pasados, como halogenados. Y en ciertos casos H2S y/o SO2. Otra característica de este biogás es su alto porcentaje en O2 y N2 dada la tipología de producción. Proceso natural y sus condiciones de extracción.
En caso de concentraciones elevadas de H2S. La tecnologías lavado químico o la Bioquimicas son técnica adecuada para este fin dado que, tanto los influentes, como los efluentes del proceso son relativamente bajos, principalmente el uso de agua y la producción de residuos líquidos del proceso.
Figura 9. Planta de limpieza del biogás. Vertedero Arico-Tenerife-Islas Canarias-España. Cortesia BGasTech
Potes de condensados/trampas de vapor. Uno de los componentes que requiere una eliminación constante es el vapor de agua y condesados que se forman en la línea de biogás de un vertedero. Esta línea de biogás tiene dos camerísticas básicas.
- Son línea que trabajan en condiciones de aspiración lo que favorece, a su vez, la extracción de este tipo de componente que se encuentra en fase gas.
- Son línea generalmente de una gran longitud, a veces hasta de cientos de metros por lo que es recomendable cada cierta longitud, por lo general 50 metros colocar potes de condensados para eliminar tanto los condesado formados, como parte del vapor de agua, principalmente aquel vapor de agua que se encuentra en el biogás en estado de saturación o sobre-saturación.
Figura 10. Pote de condesado de pared de choque
Uno de los dispositivos más usado son. Las trampas de vapor y como los potes de condesado. Uno de los más usados es el pote de pares de coque por su sencillez y eficacia. Materiales de construcción más usuales son el acero inoxidable y PPHD
Uso y aplicación.
Producción de energía. Motores, turbinas a gas.
Son máquinas de flujo encargadas de transforma la energía química contenida en el biogás (combustion del CH4) en energía mecánica para la producción de electricidad y calor. La elección de una u otra depende de varios factores entre los que se pueden citar:
1.- Características del biogás,
2.- Consumo de biogás a tratar,
3.- Rendimientos deseados.
- Producción de calor. Turbinas
- Producción de electricidad. Motor
Figura 11. Máquinas motoras para al producción de energía. Motor y turbinas
Producción de productos.
Otra opción de uso sería la producción de Biometano pero debido a la presencia de O2 y N2 en elevado porcentaje en este tipo de Biogás, que merma significativamente la calidad del Biometano se recomienda utilizar la combinación de tecnologías o las tecnologías de tamiz molecular (PSA) o la tecnología Criogénica.
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