ESAMUR 16/ as Jornadas Técnicas de Saneamiento y Depuración DEL ANÁLISIS DEL BIOGÁS A LA PLANTA DE GENERACIÓN

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1 ESAMUR 16/ as Jornadas Técnicas de Saneamiento y Depuración DEL ANÁLISIS DEL BIOGÁS A LA PLANTA DE GENERACIÓN

2 ÍNDICE. PERFIL MWM. EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN. APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS: - PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. - COGENERACIÓN CON MOTORES. EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 2

3 ÍNDICE. PERFIL MWM. EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN. APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS: - PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. - COGENERACIÓN CON MOTORES. EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 3

4 PERFIL DE MWM. Segmentos de mercado. Gas Natural Motores de gas natural Gases especiales para cogeneración y trigeneración. Este sector comprende tanto biogás (vertederos, depuradoras, plantas de metanización) como aplicaciones especiales (minas, cokes, syngas etc) Diesel Invernaderos Motores diesel de media potencia para centrales de producción de electricidad y servicios de emergencia. Suministro, puesta en operación y mantenimiento de plantas de cogeneración y fertilización con CO2 para invernaderos Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 4

5 PERFIL DE MWM. Qué podemos ofrecer? Rango de Potencia: 400 4,300 kwe/ud. Motogeneradores para Gas y diésel. Cogeneración / Trigeneración Desarrollo específico de proyectos. Concepción Modular para una fácil instalación. Proyectos llave en mano. Consultoría, Ingeniería, Diseño. Suministro y montaje completo de la instalación. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 5

6 PERFIL DE MWM. Gama de productos Motores de Gas TCG 2016C kwe TCG kwe kwe TCG kwe kwe (A consultar para Biogás) Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 6

7 PERFIL DE MWM. Servicio Post-Venta Mantenimiento Preventivo y Correctivo. Servicio Técnico y de repuestos 24 horas. Bases Operativas repartidas estratégicamente. Tele-asistencia vía módem. Oficinas Centrales en Tres Cantos (Madrid). Taller para Overhaul en Vigo. Centro de formación continua. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 7

8 PERFIL DE MWM. Red de Venta y Servicio MWM GmbH Alemania: 3 Service-Centers y 2 Bases de Servicio Resto del mundo: 9 Filiales en paises estratégicos. Aprox. 30 Distribuidores en las regiones mas importantes. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 8

9 ÍNDEX. PERFIL MWM. EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN. APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS: - PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. - COGENERACIÓN CON MOTORES. EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 9

10 EL BIOGÁS. INTRODUCCIÓN. El BIOgás es el resultado de un proceso de degradación biológica de materia orgánica bajo condiciones anaerobias. Consiste en un gas formado básicamente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), y que contiene trazas de hidrógeno (H2), nitrógeno (N2) y ácido sulfhídrico (H2S). La parte útil de la energía del biogás es el valor calorífico de su contenido en CH4. Procedencia del biogás: - Biometanización. - Depuradora. - Vertedero. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 10

11 Biogás procedente de Biometanización. Biometanización: digestión anaeróbica de residuos orgánicos (residuos de la industria alimentaria, residuos vegetales, etc.) en plantes de biogás, con la finalidad de generar biogás y tratar los residuos. Composición tipo: 50-65% CH4, resto CO2 Posible control de la composición y de la cantidad del biogás generado desde el origen (tipo y cantidad de los residuos fermentados) Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 11

12 Biogás procedente de Depuradoras. Resultado de la digestión anaeróbica de aguas residuales, principalmente municipales, o de industrias agroalimentarias. Composición tipo: 65% CH4, resta CO2. Control limitado de la composición y la cantidad del biogás generado desde el fermentador (adición de substancias que potencien la producción de biogás). Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 12

13 Biogás procedente de Vertedero. Resultado de la digestión anaeróbica que se produce de forma natural con la fracción orgánica de los residuos depositados en los vertederos. Composición tipo: 50% CH4, 27% CO2 y resto N2. Composición y cantidad del biogás generado muy poco controlables (apertura/cierre/regulación poco de extracción de biogás). Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 13

14 ÍNDEX. PERFIL MWM. EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN. APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS: - PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. - COGENERACIÓN CON MOTORES. EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 14

15 APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS. i Energía disponible. Caudal de gas y PCI. ii Determinación del PCI. iii Producción estimada de biogás. Características. iv Criterios de diseño. Selección de equipos. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 15

16 i) Energía Disponible. Caudal de gas y PCI. VERTEDERO/DEPURADORA RESIDUO O FANGO PROCESO BIOLÓGICO (DIGESTIÓN ANAEROBIA BIOMETANIZACIÓN ETC.) Proceso a temperatura constante ( ºC) Proceso continuo. Producción de tipo de biogás en función del residuo. Caudal de biogás en función de cantidad de fango o residuo. CAUDAL DE GAS COMPOSICIÓN (PCI) Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ CAUDAL x PCI = m3/h x kwh/m3n = kw Pág. 16 ENERGÍA PRIMARIA DISPONIBLE

17 ii) Determinación del PCI (Pode Calorífico Inferior). PCI = f (composición del gas) % de CH4 Valor de PCI 50% Residuos sólidos urbanos % gas de depuradora % gas residuos orgánico. APROXIMADAMENTE 1 KWh / Nm3 por cada 10 % vol CH4 % de N2 % de CO2 Trazas de: Siloxanos Azufre (HS2, S) Halógenos Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 17

18 iii) Producción estimada de biogás. Características. 1 Caracterización de un biogás: 2 Composición. Agentes corrosivos y dañinos: 3 Características de la producción de biogás: Poder Calorífico Inferior (5 6,5 KWh/m3N) Número de Metano (Resistencia a la detonación) ( ) Siloxanos y polvo de Silicio: Daños en camisas del motor. Desgaste. Sulfuros y halógenos. Corrosión en motor. Producción media, mínima y máxima. Fluctuaciones en la composición del gas. Presión de suministro. Jornadas Técnicas ESAMUR 16/ Pág. 18

19 iii) Producción estimada de biogás. Características. 1 Caracterización de un biogás: 2 Composición. Agentes corrosivos y dañinos: 3 Características de la producción de biogás: Ajuste del balance de energía Elección tipo de motor Proceso de limpieza de gases. Filtrado de partículas Número de motores Sistemas auxiliares Gasómetros Pág. 19 CIRCULAR TÉCNICA GASES COMBUSTIBLES TR

20 iv) Criterios de diseño. Selección de equipos. 1. Máximo aprovechamiento del biogás: Minimizar emisiones a antorcha. 2. Máximo beneficio económico: Producción eléctrica máxima en horas punta y llano de la demanda. 3. Optimizar los gastos de instalación. 1. Fraccionar potencia en más de un motor. 2. Almacenar en gasómetro. Maximizar energía eléctrica generada (kwh /año), teniendo en cuenta el proceso asociado (consumo de energía térmica) 3. Equipos auxiliares, instalación eléctrica, número de motores, obra civil. Pág. 20

21 PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. Requisitos para el aprovechamiento del biogás en motores MWM Valores referidos a un 100% CH4 Pág. 21

22 Efectos de los contaminantes en los motores. ÁCIDO SULFHÍDRICO: corrosión del motor, desgaste más rápido del aceite de lubricación (más cambios, más costes de explotación) Pág. 22

23 Efectos de los contaminantes en los motores. SILOXANOS: Muy perjudiciales para los motores. Durante el proceso de combustión del motor, se conviertes en silicatos y cuarzos micro cristalinos. Estos se forman en la parte superior de los cilindros y hacen disminuir el volumen de la cámara de combustión. Además contribuyen a la abrasión dentro del motor. Pág. 23

24 PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. LIMPIEZA. Algunas posibles opciones para el tratamiento del biogás: i) Tratamiento biológico: limpieza de sulfhídrico. ii) Tratamiento con carbón activo: limpieza de los siloxanos (y/o sulfhídrico). Pág. 24

25 PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. LIMPIEZA. - TRATAMIENTO BIOLÓGICO: H2S - Filtro: Biofiltro con parte de microorganismos inmovilizados en substrato plástico (parte del microorganismos en suspensión). - Oxidación bioquímica del H2S presencia de oxígeno. - Aporte externo: agua y nutrientes para microorganismos. Oxígeno. los un los en los Puede tratar biogás con concentraciones muy elevadas de sulfhídrico. El coste de operación es bajo. El sistema debe estar en funcionamiento continuo debido a la sensibilidad de los microorganismos. Elevado coste de inversión. Planta NUFRI, Lleida. Tecnologia MSP Pág. 25

26 PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. LIMPIEZA. - TRATAMIENTO CON CARBÓN ACTIVO: SILOXANOS Y/O H2S - Filtro de carbón activo: el H2S es absorbido por el carbón activo que debe cambiarse regularmente. - Esta tecnología se utiliza principalmente para eliminar los siloxanos. Para eliminar el H2S debe utilizarse un carbón activo especial. Muy eficiente para los siloxanos. Coste de inversión no muy elevado. Coste de operación elevada cambios de carbón activo. Para H2S solamente funciona en concentraciones bajas, ~ 1000 ppm. Pág. 26

27 PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. ENFRIADOR. El biogas como resultado de la digestión anaeróbica de residuos orgánicos está constituido principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). A su salida del digestor, el biogas está saturado de vapor de agua. Por ello es necesario instalar un enfriador, que permite disminuir la humedad relativa del gas hasta valores por debajo del 80%, valor límite para el óptimo funcionamiento de los motogeneradores MWM. La deshumidificación del biogas se lleva a cabo según el principio de secado por condensación. Mediante el enfriamiento del caudal de biogas, la humedad contenida en el gas condensa y se puede eliminar del gas. El enfriamiento del caudal de gas tiene lugar en un intercambiador de calor de haz tubular refrigerado por agua con salida de condensados. Estos pueden ser retirados mediante un depósito de colección de condensados con un control de nivel y una bomba de condensados. Pág. 27

28 ANTORCHA DE SEGURIDAD. La antorcha de emergencia para biogas es una unidad de combustión con regulación de temperatura, que consiste en una tubería de la antorcha, una base, una rampa de biogas y el cuadro de control. A través de la cámara de combustión es posible en función de la presión de entrada- conseguir rangos de regulación de la capacidad de combustión entre el 20% y el 100%. El cambio de las boquillas del quemador se puede realizar fácilmente y con ello conseguir otros rangos de combustión. El diseño de la antorcha se realiza de forma que el caudal máximo de biogas pueda quemarse a presión nominal (funcionamiento en continuo). Para caudales menores, arranca la antorcha durante unos minutos hasta que el biogas se ha quemado, es decir, hasta que se ha alcanzado un nivel de presión de 4 mbar (funcionamiento en discontinuo). La potencia de la antorcha se regula en función del poder calorífico del biogas y de la cantidad. Pág. 28

29 COGENERACIÓN CON MOTORES. QUÉ ES LA COGENERACIÓN? i Definición. Cogeneración PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA DE ENERGÍA ELECTRICA Y TERMICA EN UNA SOLA MÁQUINA TÉRMICA (MOTOR) Electricidad Biogás. (depuradora residuos etc) Calor (Refrigeración y escape) Sin cogeneración Biogás Calor Electricidad Red Pág. 29

30 COGENERACIÓN CON MOTORES. DIMENSIONAMIENTO. BIOGÁS DISPONIBLE: Nm3/día COMPOSICIÓN: 65% CH4 35% CO ppm H2S 30 mg Si/Nm3 ~ 210 Nm3/h PCI= 6,5 kwh/nm3 Electricidad 500 kwe Calor circuito HT 202 kwe Calor Gases Escape 236 kwe Combustible (BIOGÁS) 210 Nm3/h x 6,5 kwh/nm3 = kw Pág. 30

31 COGENERACIÓN CON MOTORES. DIMENSIONAMIENTO. Determina la potencia eléctrica que se puede generar: COMBUSTIBLE RENOVABLE DEL MOTOR BIOGAS DISPONIBLE: Nm3/día COMPOSICIÓN: 65% CH4 35% CO ppm H2S 30 mg Si/Nm3 ~ 210 Nm3/h PCI= 6,5 kwh/nm3 Electricidad 500 kwe Calor circuito HT 202 kwe Calor Gases Escape 236 kwe Combustible (BIOGÁS) 210 Nm3/h x 6,5 kwh/nm3 = kw Pág. 31

32 COGENERACIÓN CON MOTORES. DIMENSIONAMIENTO. Determina la potencia eléctrica que se puede generar: COMBUSTIBLE RENOVABLE DEL MOTOR BIOGAS DISPONIBLE: Nm3/día COMPOSICIÓN: 65% CH4 35% CO ppm H2S 30 mg Si/Nm3 ~ 210 Nm3/h PCI= 6,5 kwh/nm3 Electricidad 500 kwe Calor circuito HT 202 kwe Calor Gases Escape 236 kwe Combustible (BIOGÁS) 210 Nm3/h x 6,5 kwh/nm3 = kw Elementos perjudiciales para el motor: necesario tratamiento previo. Pág. 32

33 MOTOR DE COGENERACIÓN CON BIOGÁS. MOTOR DE COGENERACIÓ AMB BIOGAS 01. October 2008 Page 33 Pág. 33

34 MOTOR DE COGENERACIÓN CON BIOGÁS. Biogás disponible: kw Producción eléctrica: 500 kwe 01. October 2008 Page 34 Pág. 34

35 MOTOR DE COGENERACIÓN CON BIOGÁS. Calor gases escape: 236 kwt Biogás disponible: kw Producción eléctrica: 500 kwe 01. October 2008 Calor aprovechable: 438 kwt Calor circuito HT: 202 kwt Page 35 Pág. 35

36 MOTOR EN CONTENEDOR TCG2016/2020. Combustible: gas natural, biogás Dimensiones: 12,2 x 3,0 x 3,0 m (40 ft) Peso: ca. 30 t Emisiones sonoras: 70 a 55 db(a) a 10m Modularidad Pág. 36

37 Contenedor CHP Pág. 37

38 Contenedor CHP Motor Cuadros de control Pág. 38

39 Contenedor CHP Rampa de gas Motor Cuadros de control Pág. 39

40 Contenedor CHP Rampa de gas Motor Cuadros de control Espacio libre! Circuitos agua (HT y LT) Pág. 40

41 Contenedor CHP Rampa de gas Motor Aceite lubricación Cuadros de control Circuitos agua (HT y LT) Pág. 41

42 Contenedor CHP Rampa de gas Aire acondicionado Motor Ventilación Cuadros de control Aceite lubricación Circuitos agua (HT y LT) Pág. 42

43 Contenedor CHP Cables Rampa de gas Aire acondicionado Motor Ventilación Cuadros de control Aceite lubricación Circuitos agua (HT y LT) Pág. 43

44 Contenedor CHP Pág. 44

45 Contenedor CHP Humos, emisiones y recuperación calor escape. Chimenea Intercambiador calor escape. Silencioso Pág. 45

46 ÍNDEX. PERFIL MWM. EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN. APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS: - PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. - COGENERACIÓN CON MOTORES. EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM. Pág. 46

47 EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS. EDAR GRANOLLERS (año 2009) Producción de biogás: Nm3/día Biogás: 68% CH4 32% CO ppm H2S 20 mg/nm3 siloxans Demanda térmica para los digestores: 200 kwt SITUACIÓN ANTERIOR: BIOGÁS CALDERAS CALOR PARA LOS DIGESTORES ANTORCHA Pág. 47

48 EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS. EDAR GRANOLLERS (año 2009) SITUACIÓN ACTUAL: BIOGÁS CALDERAS CALOR PARA LOS DIGESTORES ANTORCHA 200 kwe 500 kwe Pág. 48

49 EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS. EDAR GRANOLLERS (año 2009) Caudal de agua tratada: m3/ día Población equivalente: habitantes Producción biogás: aprox. 200 Nm3/h Producción eléctrica: aprox. 500 kwe Producción térmica: aprox. 500 kwt. Pre-tratamiento del biogás necesario: - Enfriamiento para reducir la humedad - Carbón activo para reducir H2S y Si Pág. 49

50 EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS. TRSU ZARAGOZA (año 2007) - Biogás procedente de digestión anaeróbica. - Motor instalado: TCG2020 V16. - Nº motores instalados: 4. - Potencia total: kwe (4 x kwe). - Calor aprovechado para calentar los digestores. Pág. 50

51 EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS. Plantas de biogás MWM - Objetivos Generar la máxima potencia posible con el menor gasto de combustible y durante el mayor tiempo. Eficiencia. Operatividad Disponibilidad EXITO Pág. 51

52 Gracias por la atención prestada Alejandro Marí Howitt Teléfono: Móvil: Fax: Web: