Mejorador de biogás

La eliminación de contaminantes puede realizarse mediante un medio de sacrificio, donde las especies contaminantes se adsorben irreversiblemente en el medio o reaccionan químicamente con él. Este medio acumula contaminantes hasta saturarse, momento en el que se retira y se reemplaza por uno nuevo. Los medios de sacrificio suelen estar hechos de carbón activado, a veces impregnado con otros componentes como alúmina activada u óxido de hierro para mejorar la selectividad. ^{[ 4 ]}

Algunos tipos de medios filtrantes pueden regenerarse mediante adsorción por variación de temperatura. En este proceso, los contaminantes adsorbidos se liberan del medio al exponerse a un gas caliente recirculante. Posteriormente, el gas se enfría para depositar los contaminantes o se quema para destruirlos. Este proceso prolonga la vida útil del medio filtrante. ^{[ 5 ]}

Los contaminantes como el sulfuro de hidrógeno son solubles en agua y, por lo tanto, pueden separarse del biogás mediante un lavado con agua. Los contaminantes disueltos en el agua deben eliminarse para regenerarla y poder reutilizarla. Esto puede hacerse utilizando una base que reaccione con el contaminante para formar una especie insoluble o utilizando microorganismos que metabolicen el contaminante. ^{[ 6 ]}

El lavado con solventes es el proceso de disolver dióxido de carbono y contaminantes solubles en un solvente. El biogás presurizado fluye hacia una columna con el solvente circulando a contracorriente. El solvente se satura y se regenera reduciendo la presión o aumentando la temperatura para eliminar los gases disueltos. ^{[ 9 ]}

El disolvente más común utilizado en este proceso es el agua. La ley de Henry establece que los gases se disuelven en mayor cantidad a temperaturas líquidas más bajas, por lo que los sistemas de lavado con agua suelen operar por debajo de 10 ^° C, lo que permite eliminar entre 2,5 y 3 g de dióxido de carbono por litro de agua. ^{[ 10 ]} El metano es poco soluble en agua, lo que permite que se recoja metano concentrado en la corriente del producto. El nitrógeno y el oxígeno también son poco solubles en agua, lo que hace que el lavado con agua sea ineficaz para su eliminación. ^{[ 9 ]}

Se pueden utilizar disolventes patentados en lugar de agua. Estos disolventes se emplean por su gran capacidad de solubilidad o selectividad para el dióxido de carbono o especies contaminantes. Un disolvente patentado común es el Selexol , que tiene una alta capacidad para disolver sulfuro de hidrógeno. ^{[ 11 ]}

Las unidades de adsorción por cambio de presión (PSA) utilizan propiedades electrostáticas y físicas para adsorber especies de gas en la superficie de un medio dentro de un recipiente. Las unidades PSA eliminan el dióxido de carbono mediante adsorción física y eliminan el nitrógeno y el oxígeno mediante separación cinética. ^{[ 12 ]} El medio utilizado en las unidades PSA suele estar hecho de carbón activado, zeolitas o tamices moleculares . El biogás presurizado fluye a través del recipiente; las especies de gas objetivo son adsorbidas o ralentizadas por el medio, lo que permite que el metano se filtre a la parte superior del recipiente. Finalmente, el medio se satura y ya no puede separar los gases de manera efectiva. En este punto, el medio se regenera mediante vacío y desorbiendo los gases en el medio. El medio puede entonces volver a utilizarse para tratar más gas. ^{[ 13 ]}

La adsorción por cambio de presión es un proceso discontinuo. Las unidades PSA superan esta limitación mediante el uso de múltiples recipientes, de modo que siempre haya uno disponible para producir biometano. Los diseños de PSA pueden tener válvulas dedicadas a cada recipiente o un sistema de válvula rotativa que conecta todos los recipientes. ^{[ 13 ]}

La química involucrada en el tratamiento con gas amina varía ligeramente según la amina específica que se utilice. Para una de las aminas más comunes, la monoetanolamina (MEA), denominada _RNH₂ , la reacción ácido-base que implica la protonación del par de electrones de la amina para formar un grupo amonio con carga positiva ₍ RNH₃⁺ ⁾ se puede expresar como:

RNH₂ + H₂S ⇌ RNH₃ ⁺ _HS⁻​​​​^​

RNH ₂ + H₂ CO₃ ⇌RNH ⁺ ₃ +HCO ⁻ ₃

Las especies disociadas e ionizadas resultantes, al ser más solubles en solución, son atrapadas o eliminadas por la solución de amina, separándose así fácilmente de la fase gaseosa. A la salida del depurador de amina, el gas endulzado se empobrece en sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. ^{[ 14 ]}

Un proceso típico de tratamiento de gas con aminas incluye una unidad de absorción y una unidad de regeneración, así como equipos auxiliares. En la unidad de absorción, la solución de amina que fluye hacia abajo absorbe y reacciona con el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono del gas ácido que fluye hacia arriba para producir una corriente de gas endulzado como producto y una solución de amina rica en los gases ácidos absorbidos. La amina resultante, rica en estos gases, se dirige luego a la unidad de regeneración (una unidad de despojamiento con un rehervidor ) para producir amina regenerada o pobre en estos gases, que se recicla para su reutilización en la unidad de absorción. El gas de cabeza despojado de la unidad de regeneración es sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono concentrados. ^{[ 15 ]}

Los sistemas de mejora de biogás basados ​​en membranas aprovechan las diferentes permeabilidades de los gases a través de una fibra de membrana. El metano es el permeado y puede pasar libremente a través de la membrana, mientras que el dióxido de carbono es el retenido y no puede atravesarla. El retenido se recoge en los laterales del cartucho de membrana. La separación por membrana permite obtener metano de alta pureza en una sola pasada. Sin embargo, el permeado también puede recogerse en la corriente de retenido, ya que no hay nada que impida su flujo. Por consiguiente, el retenido suele pasar por 1 o 2 etapas de membrana adicionales para lograr una mayor recuperación de biometano . ^{[ 16 ]}

El metano biogénico es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global de 27. ^{[ 18 ]} El metano puede liberarse a la atmósfera durante el proceso de mejora del biogás. La mayor parte de las emisiones de metano provienen de una separación incompleta, lo que resulta en una pequeña cantidad de metano presente en los gases de escape del proceso. El metano también puede perderse debido a conexiones defectuosas y fugas en el proceso. ^{[ 19 ]}

La principal forma de controlar las emisiones fugitivas es mediante la destrucción del metano en los gases de escape. Esto se logra típicamente mediante la combustión del metano en un oxidante térmico . Las emisiones de metano también pueden evitarse mediante el reprocesamiento de los gases de escape, la oxidación biológica del metano o los reactores catalíticos. ^{[ 19 ]}

Como subproducto del proceso de mejora del biogás, se genera una corriente de gases de escape rica en dióxido de carbono. Esta corriente de dióxido de carbono puede capturarse. El dióxido de carbono capturado puede utilizarse en otras industrias o almacenarse. Esta es una forma de bioenergía con captura y almacenamiento de carbono y se considera que tiene un balance de carbono negativo . ^{[ 20 ]}