Enriquecimiento de biogás

Transcripción

1 C/Còrsega, 112, TRATAMIENTO Y ENRIQUECIMIENTO DEL BIOGÁS MEDIANTE SISTEMAS TERMO-MECÁNICOS Sílvia Nadal- Mayo 2014

2 ENRIQUECIMIENTO DE BIOGAS HASTA CALIDAD GAS NATURAL MEDIANTE SISTEMAS TERMO MECÁNICOS (Sistema GPP y GPP Plus) INDICE Objetivos del enriquecimiento de biogas ha calidad Gas Natural Descripción de la tecnología de enriquecimiento de biogas ha calidad Gas Natural GPP Plus de GTS. Viabilidad técnica y madurez tecnológica del sistema de enriquecimiento GPP Plus Viabilidad económica de la tecnología de enriquecimiento GPP Plus

3 Enriquecimiento de biogás (Sistema GPP )

4 GPP : Producción de Biometano en edo gas CBG Sistema de enriquecimiento GPP Opción 1: Inyección en red Biogas: CH 4 +CO 2 Biometano: CH4 > 95% a 25barg Opción 2: Combustible vehículos OTTO- de gas Eción de llenado de depósitos CO2: líquido, >99,5% Compresor Biometano: CH4 a 220 barg

5 GPP Plus: Producción de Biometano en edo líquido Biogas: CH 4 +CO 2 CO 2 : líquido, >99,5% LBG Uso industrial Biometano líquido LBG: CH 4 > 95% Almacenamiento LBG -135ºC@8barg Evaporador Eción de llenado de depósitos Consumo energético: 0,01 /Nm 3 LBG Biometano: CH 4 a 220 barg Transporte LBG Biometano líquido LBG

6 LBG y CBG para vehículos

7 DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE ENRIQUECIMIENTO GPP Y GPP PLUS DE GTS

8 Enriquecimiento de biogás (Sistema GPP ) Limitaciones de la composición de biogas a la entrada de los sistemas de enriquecimiento H2S<100ppm Los sistemas de enriquecimiento no tienen capacidad de eliminar el H2S y generalmente tan solo inlan filtros de carbón o filtros catalíticos como afino. Si las concentraciones de H2S son superiors a los 100ppm, el coste de desulfuración con es tecnologías resulta demasiado elevado y es más adecuado desulfurar el biogas antes de entrar en la planta de enriquecimiento con otras tecnologías como el THIOPAQ Siloxanos- No hay límite pues condensan a temperaturas superiores a -25ºC Si la concentración de O2 o Nitrógeno son superiores al 2-3% es más complicado alcanzar que la concentración de CH4 en el biometano sea>95% Caudales de operación Unidades modulares desde 120m3/h ha 480Nm3/h Generalmente económicamente viable a partir de los Nm3/h

9 Enriquecimiento de biogás (Sistema GPP ) GTP TCR Soxia Criocondensación 1) Es un proceso de enriquecimiento del biogas ha gas natural que incluye una primera etapa de secado con un filtro GTP. 2) Compresión ha 26barg 3) Un proceso de enfriamiento ha -25ºC en un sistema TCR para elimina siloxanos. 4) Un afino para eliminación de siloxanos residuales y H 2 S con un catalizador SOXSIA 5) Finalmente la criocondensación del CO 2 mediante refrigerante R-404A/R23.

10 Enriquecimiento de biogás (Sistema GPP ) Enfriamiento en dos etapas. La primera ha -50ºC que permite separar un 30% del CO 2 presente en edo líquido, y el CO 2 rente, en forma sólida, se separa enfriando el gas ha -90 o -99ºC mediante refrigerante R-404A/R23. Concentración de CH 4 en el gas final: superior al 95-99% según el caso.

11 GPP Plus es un GPP + una etapa de postenfriamiento por compresión ha 48barg y posterior expansión a -130ºC, ello supone un consumo energético adicional respecto al GPP de 0,13kWhe/Nm3 a tratar (2,2% del PCI del biogas)

12 Análisis del LBG producido en el GPP plus de Schoterog Calidad LBG

13 Ventajas del sistema de enriquecimiento de biogás (GPP y GPP Plus) frente a otras tecnologías de enriquecimiento No necesita productos químicos No genera residuos (tan solo el condensado de la humedad) No genera problemas de olores ni de ruidos Sistema compacto Sistema seguro. Dispone de los siguientes elementos Analizador biogas entrada CH 4, CO 2, O 2 y H 2 S Analizador Biometano producido CH 4, CO 2, O 2 y H 2 S Caudalímetro del biogas de entrada Elementos de seguridad: Detector LEL en el interior del contenedor Detector CH4 en el interior del contenedor Sistema totalmente automatizado Al operar a temperaturas tan bajas y tan elevadas (-90 a +90ºC) tanto el gas metano como el CO 2 están intrínsecamente higienizados

14 Ventajas del sistema de enriquecimiento de biogás (GPP y GPP Plus) El CO 2 que se separa es de gran calidad >al 99,5% El CO 2 se recupera en fase líquida apto para su posterior transporte y comercialización El GPP suministra el biometano enriquecido a 25barg (necesita menos compresión que otros sistemas de enriquecimiento) La licuefacción del biometano en el GPP Plus es mucho más rentable que si se realiza a partir de un biometano a Presión y Temperatura ambiente Disponibilidad operativa muy elevada > 95% El consumo energético del GPP Plus es de: 0,31 a 0,39kW/Nm 3 Raw biogas según si se utiliza o no la capacidad de refrigeración del CO2 y con una concentración de metano del 60% (equivale a un 3-6% del PCS del biogas) 0,42 a 0,5kW/Nm 3 Raw biogas según si se utiliza o no la capacidad de refrigeración del CO2 y con una concentración de metano del 60% (equivalente a un 7-10% del PCS del biogas)

15 Utilización del CO2 Invernaderos Refrigeración para camiones Extracción supercrítica Nieve carbónica Extintor Otros usos: control ph,

16 Componente Unidad UNE-EN- 437 (1) Resolución de Fuentes No Conv SS (2) Tipo A (3) Tipo B (4) Índice Wobbe MJ/Nm 3 45,7-54,7 48,2-57,8 44,7-46,4 43,9-47,3 45 Poder calorífico superior MJ/Nm 3 35,4-42,4 36,9-47, ,59 Metano %vol >95 97 ±1 97 ±2 97% Etano %vol 0,1-11, Hidrocarburos superiores (Propano, butano, pentano, hexano) %vol 0,12-5,0 Punto de rocío 5ºC a 1-70 bar(a) GPP Nitrógeno (N 2 ) %vol 0,5-6,5-0,3 Monóxido de carbono (CO) %vol - <2 - (1)Características del gas natural subministrado en España- (2) Especificaciones Norma Sueca (3) Tipo A: motores que no van equipados con el control por sonda Lambda (mezclas pobres) (4) Tipo B: motores equipados con sonda Lambda (tecnologías de combustión estequiométrica)

17 GPP plus2t-system Sundsvall Suecia 120Nm3/h biogas Producción LBG=50kg/h, (se transporta y vende a una gasolinera situada a 10km)

18 GPP plus4t-system Louden Suecia- 400Nm3/h biogas Producción LBG = 147kg/h Densidad LBG= 373kg/m3@8barg y -128ºC Depósito LBG = 55m 3 (6 días de capacidad) Producción CO2= 381kg/h Depósito CO 2 = 25m 3 (3 días de capacidad)

19 GPP plus4t-system Amsterdam- Holanda Caudal de biogas: 280 Nm3/h biogas Orígen del biogas: del vertedero Schoteroog+ EDAR Haarlem Concentración de metano biogas: de 45 a 65% vol Producción LBG = 122kg/h

20 VIABILIDAD TÉCNICA Y MADUREZ DE LA TECNOLOGIA DE ENRIQUECIMIENTO GPP Y GPP PLUS DE GTS

21 Viabilidad enriquecimiento de biogas ha calidad Gas Natural Solución de futuro del biogas: En la coyuntura económica actual, sin primas, la cogeneración y el enriquecimiento para inyectar en red No son rentables en nuestro pais. Una solución viable técnica y económicamente es el enriquecimiento del biogas ha calidad Gas Natural, su licuefacción para facilitar su transporte y su posterior venta para uso en transporte Beneficios del uso de gas natural en transporte: Reducción de ha un 85% las emisiones de óxidos de nitrógeno y de partículas en suspensión respecto a los motores diesel Reducción de ha el 20% de las emisiones de CO 2 respecto a los combustibles habituales gasolina y gasoil Uso del Biometano equiparable al Gas Natural en transporte SOLUCIÓN DE FUTURO: La Directiva : 20% Renovables, -20% GEI, 20% Eficiencia energética 10% de renovables en el transporte!!

22 Viabilidad enriquecimiento de biogas ha calidad Gas Natural Corredor azul- En toda Europa y antes del 2020: Dincia máxima entre eciones para CNG= 150km Dincia máxima entre eciones LNG=400km Equivalencia de autonomía gasoil LBG a -162ºC CBG comprimido a 200bar Metano a P y Tª ambiente Biogas 60% metano a P y Tª ambiente 1L 1,8L 5L 1000L 1.667L

23 Sistema enriquecimiento GPP Plus- Caso: Biogas Digestor LBG RAW BIOGAS (SIN O 2 y N 2 ) ALMACENAJE EN CISTERNAS Venta LBG a 650 /t Recirculación CO2 para enfriamiento CO2 (LIQ) TRANSPORTE EN CISTERNAS A 100 km- INDUSTRIAL Venta CO2 (LIQ) a 80 /t

24 Caso Biogas digestión restos animales-oct 2013 Concepto Biogás inicial LBG CO 2 Purga Caudal Biogás (Nm 3 /h) Caudal (kg/h) Concentración metano (%) 58% >95% 0,1% 0,00% Concentración CO 2 (%) 41 % 0,7% 99,5% 0,00% Concentración N 2 (%) 0,8% 1,3% 0,0% 0,00% Concentración Oxígeno (%) 0,2% 0,3% 0,10% 0,00% Temperatura (ºC) Presión 3,5mbar 8 barg 15barg kwht

25 Sistemas enriquecimiento Equipo GPP Plus Caudal (Nm 3 /h) Max 500 Potencia inlada Catalizador Soxsia (Baja y alta) Depósito LBG Depósito CO2 Mantenimiento integral Coste SOXSIA Consumo energético Con el uso del CO 2 producido Sin el uso del CO 2 producido Bases de cálculo Coste transporte LBG ó CO 2 Electricidad Caso Biogas digestión restos animales- Oct 2013 Venta CO 2 Venta LBG a GTS Horas funcionamiento Soplante ha 780 mbarg= 16kWe Compresor HP(48 barg en 4 pasos)=109kwe Costes operativos 2 Recipiente de 850 kg 25m 3 (autonomía de 3,6 días) 28 toneladas (autonomía de 3 días) 0,06 /kg LBG producido 11 /kg GPP Plus (Enriquecimiento ha LBG) 0,42 kwe/nm 3 biogás a tratar 0,5 kwe/nm 3 biogás a tratar 2 /km cuba de 22Tn 10,5 ct/kwh (0 si se inla motor cogeneración) 80 /t (precio mercado 120 a 130 /ton) 650 /t 8640 (24 x 360) h/año

26 Sistemas enriquecimiento Caso Biogas digestión restos animales- Marzo 2014 Cálculo retorno inversión sistema enriquecimiento ENRIQUECIMIENTO Sin aprovechamiento calor Con aprovechamiento calor INVERSIÓN TOTAL ( ) Consumo eléctrico (kwh/nm3) 0,7 0,5 Consumo eléctrico equipo ( /año) Coste mantenimiento equipo ( /año) Coste marginal personal ( /año) COSTE DE EXPLOTACIÓN TOTAL ( /año) Ingresos venta LBG ( /año) Ingresos venta CO 2 ( /año) INGRESOS ( /año) BENEFICIO NETO ( /año) Retorno inversión (años) 3,0 2,6

27 Sistema enriquecimiento GPP Plus- Biogas vertedero LBG RAW BIOGAS (presencia O2 y N2) ALMACENAJE EN CISTERNA Venta LBG a 650 /t Recirculación CO2 para refrigeración CO2 (LIQ) Electricidad autoconsumo Vent GAS- gas pobre con exceso N2 y O2 MOTOR rend 30% TRANSPORTE EN CISTERNAS A 100 km- INDUSTRIAL Venta CO2 (LIQ) a 80 /t

28 Caso Biogas vertedero- Balance- Marzo 2014 Concepto Biogás inicial LBG CO 2 Vent gas (Gas purga) Caudal Biogás (Nm 3 /h) Caudal (kg/h) Concentración metano (%) 44,5% >95% 0,1% 87,5% Concentración CO 2 (%) 53 % <1,6% 99,5% 0% Concentración N 2 (%) 2% <1,6% 0,0% 10,6% Concentración Oxígeno (%) 0,5% <0,6% 0,10% 1,8% Temperatura (ºC) Presión 3,5mbar 8 barg 15barg kwht

29 Sistemas enriquecimiento Equipo GPP Plus Caudal (Nm 3 /h) Max 500 Potencia inlada Catalizador Soxsia (Baja y alta) Depósito LBG Depósito CO2 Mantenimiento integral Coste SOXSIA Consumo energético Sin recuperación calor y con venta CO2 Bases de cálculo Coste transporte LBG ó CO 2 Electricidad Venta CO 2 Venta LBG Horas funcionamiento Caso Biogas vertedero- Marzo 2014 Soplante ha 780mbar = 16,5kWe (GPP+) Compresor HP(48 barg en 4 pasos)=109kwe Costes operativos 2 Recipiente de 850 kg 25m 3 (autonomía de 4 días) 22 toneladas (autonomía de 2 días) 0,06 /kg LBG producido 11 /kg GPP Plus (Enriquecimiento ha LBG) 0,7 kwe/nm 3 biogás a tratar 2 /km cuba de 22Tn 0 (se inla motor cogeneración que funcionará con el gas pobre) 80 /t 650 /t 8640 (24 x 360) h/año

30 Sistemas enriquecimiento Caso Biogas Vertedero- Marzo 2014 Cálculo retorno inversión sistema enriquecimiento ENRIQUECIMIENTO Sin aprovechamiento calor Coste invesrión GPP+7T Coste inversión motor cogeneración (para gas purga) INVERSIÓN TOTAL ( ) Consumo eléctrico equipo ( /año) (0 el producido en el motor cogen. Resto a 10,5ct /kwh) Coste mantenimiento equipo ( /año) Coste mantenimiento motor cogeneración ( /año) Coste marginal personal ( /año) COSTE DE EXPLOTACIÓN TOTAL ( /año) Ingresos venta LBG ( /año) Ingresos venta CO 2 ( /año) INGRESOS ( /año) BENEFICIO NETO ( /año) Retorno inversión (años) 4,3

31 C/Còrsega, 112, Gracias por su atención