Universidad Autnoma del Estado de MxicoFacultad de QumicaUA: Reactores BiolgicosProcesos de separacin del dixido de carbono del metanoNolasco Terrn Eder YairGrupo 85 IQ

Separacin de dixido de carbono y metanoAntes de adentrarnos en el proceso de separacin como tal me permito colocar como antecedente algunos conceptos de suma importancia para el desarrollo del mismo y entender cmo se pueden separar estos compuestos y as obtener el mayor beneficio hacia un futuro proceso ya sea se separacin o de bioseparacin que a su vez involucra a un reactor biolgico.MetanognesisEs la formacin de metano por microbios. Es una forma de metabolismo microbiano muy importante y extendido. En la mayora de los entornos, es el paso final de la descomposicin de la biomasa.La metanognesis por reduccin del CO2es una forma derespiracin anaerbica.Los metangenos no utilizan el oxgeno para respirar; de hecho, el oxgeno inhibe el crecimiento de los metangenos. El aceptor de electrones terminal en la metanognesis no es el oxgeno, sino el carbono. El carbono puede aparecer en un pequeo nmero de compuestos orgnicos con poco peso molecular. Los dos caminos mejor descritos implican la utilizacin dedixido de carbonoyacetatocomo aceptores terminales de electrones:CO2+ 4 H2 CH4+ 2H2OLos organismos capaces de realizar la metanognesis se llamanmetangenos. Los microbios que realizan la metanognesis no tienen ncleo niorgnulosseparados por membranas (es decir, sonprocariotas). Los metangenos son un grupo muy antiguo de organismos, miembros de lasarqueobacterias(oarqueas).Los metangenos sonanaerobios estrictos(mueren en presencia de oxgeno), por lo que slo se encuentran en entornos en los que el oxgeno es reducido. Sobre todo son entornos que experimentan una descomposicin de materia orgnica, como terrenos pantanosos, el tracto digestivo de los animales y sedimentos acuticos. La metanognesis tambin se da en zonas donde no hay presencia de oxgeno ni descomposicin de materia orgnica, como el subsuelo profundo terrestre, lasfuentes hidrotermalesde las profundidades marinas y las reservas depetrleo.Despus de dicho proceso aun prevalecen trazas de CO2 que necesitan ser eliminadas por algn proceso de separacin ya sea adsorcin, intercambio de materia por membrana permeable o en todo caso someter todo el biogs a otra reaccin bioqumica con el fin de poder degradar aun mas al dixido de carbono y que se pueda transformar en otro producto y mantener la pureza del metano que es el componente principal del biogs, existen algunos procesos de separacin que a continuacin se presentan:Digestin anaerobia (DA)La digestin anaerobia es un proceso que se lleva a cabo por si mismo en los sitios de disposicin de los residuos, sin embargo es un proceso lento por lo cual es necesario trabajarlo como un biorreactor y acelerar la degradacin mediante la manipulacin de los principales parmetros involucrados en la degradacin.La degradacin anaerobia tambin puede realizarse en tanques perfectamente cerrados llamados "digestores", que deben permitir la carga y descarga de materiales y poseer un dispositivo para recoger el gas producido que puede ser almacenado en un gasmetro de campana flotante y el metano se incinera en una antorcha. La caracterstica principal de un digestor es el tamao, el cual es determinado por tres variables independientes:a) Concentracin de slidos degradables.b) Velocidad de alimentacin de slidos. c) tiempo de residencia de los slidos en el digestor.Las variables que influyen en el proceso de la digestin anaerobia son las siguientes:1. Temperatura: se ha demostrado que no hay gran variabilidad en la degradacin de la materia orgnica en el intervalo de temperaturas de 20 40 C. Por consiguiente de forma general, a altas temperaturas las tasas de reaccin qumica y biolgica son ms rpidas que a bajas temperaturas. Pero se sabe que a temperaturas mayores a 60C la degradacin se inhibe (referencia).2. pH: Es considerado como la primera variable del proceso a controlar. Para que la formacin de metano se desarrolle de forma satisfactoria el pH debe ser mayor a 6.0, presentando problemas si llega a niveles menores de 6.0 o sube por encima de 8.3. 3. Substancias txicas: La metanognesis es sensible a diversos inhibidores, el efecto txico depende no solo de sus concentraciones y de la habilidad de las bacterias para aclimatarse a sus efectos. La inhibicin depende de diferentes variables como el pH, tiempo de retencin hidrulica, temperatura y la concentracin, etc.. Hay que recordar que las poblaciones metanognicas se ven influenciadas por fuertes cambios en el medio ambiente. Los metales pesados, iones de minerales y detergentes son otro grupo txico que inhiben a la metanognesis.Eliminacin de CO2Absorcin fsica: Los mtodos de absorcin fisicoqumicos se utilizan normalmente en la purificacin de biogs ya que son efectivos incluso a bajas tasas de flujo. Adems este mtodo es menos complicado, requiere poca infraestructura y es costo/efectivo. Un mtodo fcil y econmico utiliza agua presurizada como absorbente. El biogs crudo es comprimido y alimentado desde el fondo a una columna de lecho empacada y el agua presurizada es rociada desde la cima de la columna. El proceso de absorcin es un proceso contra-corriente. De esta forma se disuelven el CO2 y el H2S en agua y son colectados en el fondo de la torre. El agua puede ser recirculada a la primera torre de limpieza. Este es quizs el mtodo ms simple de limpieza de biogs.

Absorcin qumica: La absorcin qumica implica la formacin de enlaces qumicos reversibles entre el soluto y el solvente. La regeneracin del solvente, por lo tanto, comprende la ruptura de esos enlaces y correspondientemente una entrada relativamente alta de energa. Los solventes qumicos generalmente emplean soluciones acuosas de aminas o soluciones acuosas de sales alcalinas.

Adsorcin en una superficie slida: Los procesos de adsorcin involucran la transferencia de soluto en la corriente de gas a una superficie de un material slido, que se concentra principalmente como resultado de las fuerzas fsicas de Van der Walls. Los adsorbentes comerciales son generalmente slidos granulares con grandes reas superficiales por unidad de volumen. A partir de una buena eleccin del absorbente, el proceso puede remover CO2, H2S, humedad y otras impurezas selectivamente o simultneamente desde el biogs. La purificacin del biogs se puede tambin llevar a cabo usando alguna forma de silicio, almina, carbn activado o silicatos, que son tambin conocidos como tamices moleculares. La adsorcin normalmente se lleva a cabo a alta temperatura y presin. Tiene una buena capacidad para remover la humedad, tiene un diseo simple y es fcil de operar. Pero es un proceso costoso, con altas cadas de presin y altos requerimientos de calor.

Separacin por membrana: El principio de esta tcnica es que algunos componentes del gas crudo pueden ser transportados a travs de una membrana delgada (menor a 1 mm) mientras que otros son retenidos. El transporte de cada componente se debe a la diferencia de presin parcial sobre la membrana y depende ampliamente de la permeabilidad del componente en el material de la membrana. Para alta purificacin de metano, la permeabilidad debe ser alta. Una sola unidad de separacin de fases no puede proporcionar una completa separacin de metano y dixido de carbono y tpicamente la baja presin del gas de salida (dixido de carbono enriquecido) puede contener tanto como 12% v/v de metano. El producto de gas contiene alrededor de 88% v/v de metano. Sin embargo, los procesos de separacin multietapas puede lograr 98% v/v aunque la presin necesaria para esta operacin puede ser tan alta como 4 MPa. La membrana slida construida a partir de polmetros de celulosa-acetato tiene una permeabilidad para el CO2 y el H2S de 20 y 60 veces, respectivamente, superiores al CH4. Sin embargo, se requiere para este proceso una presin de 25-40 bar.

Separacin criognica: El mtodo criognico de separacin implica la separacin de la mezcla de gas por condensaciones fraccionadas y destilaciones a bajas temperaturas. En la separacin criognica, el biogs crudo es comprimido a aproximadamente 80 bar. La compresin se realiza en mltiples etapas. El gas comprimido se seca para evitar que se congele durante el proceso de enfriado. El biogs es enfriado en intercambiadores y el CO2 condensado es removido en un separador. El CO2 es adems procesado para recuperar el metano disuelto, que es reciclado a la entrada del gas. A partir de este proceso se obtiene ms de 97% de metano puro. An no hay datos disponibles sobre costos operacionales y de inversin.Mtodos de conversin qumica: Este mtodo se utiliza cuando se quiere obtener una alta purificacin en el gas producido. Esto reduce la concentracin de gas indeseable a niveles trazas. Normalmente el mtodo de conversin qumica se utiliza luego de una buena remocin que se logr con otros mtodos. Uno de dichos procesos de conversin es la metanizacin, en que el CO2 y el H2 son convertidos catalticamente en metano y agua. El proceso de conversin qumica es muy caro.