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Valorización del biogás de la EDAR Murcia Este. Uso del biogás como
combustible de vehículos
Marcos Martín GonzálezJefe del departamento de Producción
Natividad Moya SánchezNatividad Moya SánchezTécnico de producción e I+D+i
Murcia, 16 noviembre 2011
7as JORNADAS TÉCNICAS DE SANEAMIENTO Y DEPURACIÓN Producción y Aprovechamiento de Biogás en la Depuración
de las Aguas Residuales Urbanas.
� ANTECEDENTES
� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS
� USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS
ANTECEDENTES
Aguas de Murcia gestiona el ciclo integral del agua en el Municipio de Murcia . Más de 440.000 ciudadanos que viven en el centro de la ciudad y las pedanías de los alrededores (890 km2) reciben los servicios de la compañía.Aguas de Murcia nació como una empresa conjunta entre el Ayuntamiento de Murcia (51%) y Aquagest Región de Murcia (49%), una compañía privada perteneciente al grupo AGBAR. El grupo AGBAR tiene una experiencia de más de 140 años en el sector del agua, con presencia internacional casi todos los continentes y más de 26 millones de personas
51%49%
presencia internacional casi todos los continentes y más de 26 millones de personas servidas. Dentro del grupo AGBAR, la gestión de la innovación, el desarrollo tecnológico y lainvestigación en el sector del agua va de la mano de CETaqua (Centro Tecnológico delAgua).
ANTECEDENTES
Los costes de operación dependen en gran medida del consumo de energía y de lacantidad de fango generado y retirado.
Costes Depuración
Fango y residuos17%
Otros 5% Personal 30%
Costes en una EDAR:
La energía consumida proviene de combustibles fósiles.
17%
Reactivos5%
Energía 30%
30%
Mantenimiento y
conservación13%
Optimización energética del proceso de depuración.
Valorización de un subproducto del tratamiento de las aguas residuales: biogás.
Objetivo:
� ANTECEDENTES
� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS
� USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS
Posibilidades de valorización de biogás:
Generación Térmica: Calderas
Cogeneración/¿trigeneración?
Up-grading
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Up-grading• Biocombustible• Inyección a red de GN
Reformado• Pilas de combustible
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Vista de la EDAR Murcia Este
Generación Térmica: Calderas
CALORCALOR
Esquema general de un sistema de producción de biogás, almacenamiento y posterior quemado enantorcha. Parte del biogás producido se emplea como combustible para el calentamiento de fango delos propios digestores.
DIGESTORES ANAEROBIOS
CÁMARA DEPRODUCCIÓN DE BIOGÁS
HOMOGENEIZACIÓN
ALMACENAMIENTO DE BIOGÁS
CALDERAS
ANTORCHA DONDE SE QUEMA EL EXCESO DE
BIOGÁS
DIGESTORES ANAEROBIOS
CÁMARA DEPRODUCCIÓN DE BIOGÁS
HOMOGENEIZACIÓN
ALMACENAMIENTO DE BIOGÁS
CALDERAS
ANTORCHA DONDE SE QUEMA EL EXCESO DE
BIOGÁS
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Cogeneración/¿trigeneración?
Esquema sistema de cogeneración EDAR Murcia Este.
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Up-grading• Biocombustible• Inyección a red de GN
Sistema de reducción de H2S
• Compresores • Remoción Humedad
(Refrigeración)
• Remoción COV
• Remoción Siloxanos.
• Flujo de diseño: 4.200 m3/h
Características de la red:L= 13,5 Km
Diámetro= 350 mm
Material= Pe
P= 0,7 bar
Sistema de tratamiento del biogás previo a la inyección en red. EDAR La Farfana.
Red de distribución del biometano producido enla EDAR La Farfana.
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
Polishing
Secado con
Silica Gel
Procesador de combustible &
Pila de combustible
Torres de lavado químico
Reformado• Pilas de combustible
Torres de Silica
Gel
Torre de
carbón activo
Intercambiador de calor
Reactor de
reformado
Pilas de combustible
tipo PEM
Intercambiador de calor
Torres de
carbón activo
PEMFC
Planta piloto EDAR Murcia Este
www.life-biocell.eu
VALORIZACIÓN DEL BIOGÁS
SOCIOS:
STAKEHOLDERS:
� ANTECEDENTES
� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS� VALORIZACIÓN DE BIOGÁS
� USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE VEHÍCULOS
• Composición del agua residual.• La estabilidad del proceso de digestión
La composición del biogás depende de:
Caracterización del biogás
Composición típica del biogás generado en la EDAR Murcia Este.
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
13/15
Contaminantes (valores medios):
• Sulfuro de Hidrógeno: 1.000 – 3.500 ppm.• Compuestos organosulfurados: 1,3 ppm.• Compuestos orgánicos de Nitrógeno: <1 mg/Nm3.• Compuestos orgánicos volátiles: <2 mg/Nm3.• Siloxanos: 2,1 mg/Nm3.
[CH4] : 58-
70 %
[CO2]:20-
35 %
[N2] <2,0 %[O2]<1,0 %
Composición típica del biogás generado en la EDAR Murcia Este.
Limpieza de compuestos traza de biogás obteniendo una corriente de CH4 y CO2.
*
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
2
Fase de limpieza del biogás:
***
Esquema de la fase de limpieza de biogás en Murcia Este, donde se representan los puntos de muestreo utilizados para
realizar la experimentación (*).
51 3 4*
COMPUESTO Punto de muestro 1
Punto de muestro 2
Punto de muestro 3
Punto de muestro 4
Punto de muestro 5
Metano (CH 4) (%) 63,0 63,8 63,6 63,9 63,8
Dióxido de Carbono (CO 2) (%) 37,0 36,1 36,5 36,2 36,1
Sulfuro de hidr ógeno (H 2S) (ppmv) 1.872 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0
Resultados de ensayos utilizando diferentes pH de trabajo en la torre básica con el fin de optimizar procesos, consumos y energía.
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Compuestos de azufre (ppmv) 1,3 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0
Compuestos de nitr ógeno (mg/Nm 3) <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0
Compuestos org ánicos vol átiles(VOC’s) (mg/Nm 3)
11,3 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0
Benceno, tolueno y xileno (BTX)(mg/Nm 3)
2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0
Siloxanos (mg/Nm 3) 2,1 2,0 2,0 <0,2 <0,2
Planta de limpieza de biogásCromatógrafo de gases Análisis de muestras
Valores mediosde salida delbiogás limpio
M
SURTIDOR
Torre absorción
Torres
deshumificadoras
ABSORCIÓN FISICA CON AGUA
Reactivos: agua a alta presión.
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Fase de absorción de CO 2:Separación de las corrientes de CH4 y CO2, aprovechando cada una de estas
corrientes por separado.
Entrada
biogás
CO2
M
AlmacenamientoIntercambiador
de calor
M
Intercambiador
de calor
Torre desorción
Precalentador
Almacenamiento de amina
M
ABSORCIÓN QUÍMICA CON AMINAS
Reactivos: MEA, DEA y MDEA en concentraciones del 20 y el 40 % wt.
Entrada
biogás
aire
CO2
M
SURTIDOR
Almacenamiento
Torre absorción
Intercambiador
de calor
M
Intercambiador
de calor
Torres
deshumificadoras
Torre desorción
Tanque flash
Almacenamiento de agua
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Se han desarrollado experiencias encaminadas a optimizar el proceso deseparación de la corriente de CH4 y CO2 con las aminas (MEA, DEA, MDEA) endisoluciones del 20 y del 40 % wt.
Resultados obtenidos:
• Ha sido imposible operar la instalación
Vista de la planta de absorción de CO2
experimental en régimen continuo con la DEA
(Tªfusión = 28ºC).
• Trabajando con MDEA no es posible obtener
BIOEDAR con altas concentraciones de CH4 .
• En general, los mejores resultados se alcanzan
con MEA al 20% o al 40% wt. y fijando para la
desorción Tª≥ 98ºC.
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Gráficos de resultados:
Para riquezas de CH4 > del 95%, el caso másfavorable es a 98ºC de temperatura dedesorción, con un consumo energético de 1,43kW/m3.
Riqueza de CH4 obtenida en el combustible
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
90 92 95 96 97 98 100 102 105 107
kW/N
m3
Consumo energético
MEA 20% MEA 40%
40
50
60
70
80
90
100
90 92 95 96 97 98 100 102 105 107
% de CH4 de salida de AMEB
Temperatura de desorción ºC
Riqueza de CH4 obtenida en el combustible
MEA 20% MEA 40% MDEA 20% MDEA 40%
90 92 95 96 97 98 100 102 105 107
Temperatura de desorción ºC
Composiciones medias de las corrientes de biogás a la entrada y salida delproceso de absorción con MEA al 20% wt, trabajando con una temperatura dedesorción del 98%.
90
100
CH4
CO2
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
ENTRADA AMEB SALIDA AMEB
33,53%
3,48%
66,01%
96,06%
1. BIOEDAR inyectores2. Reductor de presión3. Unidad de control electrónico que
gestiona la inyección de combustible
4. Interruptor para cambiar de gasolina a BIOEDAR
5. Balas de combustible de BIOEDAR 6. Válvula solenoide y mecanismo de
seguridad
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Fase de almacenamiento y suministro:
seguridad7. Tanque de gasolina8. Conexión de suministro de combustible
Depósito de BIOEDARAlmacenamiento de BIOEDAR
El proceso se ha denominado comercialmente AMEB. Las ventajas obtenidashan sido:
Utiliza un residuo generado en estaciones depuradoras – biogás.
Sustituye una fuente de energía fósil por una renovable.
USO DEL BIOGÁS COMO COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS
Ventajas de utilizar biogás como combustible de aut omoción:
Sustituye una fuente de energía fósil por una renovable.
Evita las emisiones que contribuyen al efecto invernadero.
Evita la producción de olores.
No contiene plomo.
Genera un combustible de precio similar a los combustibles fósiles: BIOEDAR.
Reduce las emisiones de CO2.
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓNContacto:
Marcos Martín
Natividad Moya SánchezNatividad Moya Sánchez
Más información:www.agbar.es
www.emuasa.es
www.life-biocell.eu