Hans Joans Zeballos Rivera; Camilo Grimaldo Fernandez Barriga

Objetivo

Desarrollar una tecnología capaz de eliminar impurezas de biogas a bajo costo, para ello se producira un filtro tipo Scrubber que purifique el biogas obteniendo metano al 90% de pureza

Resumen:

Arequipa tiene un potencial de producción de biogás de casi 36 millones de Nm3/año a base de biomasa primaria producto de la materia residual del sector agroindustrial de la región, lo que representa un total de 700 TeraJoules/año; sin embargo, esta producción está siendo destinada a cubrir las necesidades de un pequeño sector industrial debido a que la mayor parte de las industrias precisan utilizar metano a mediana o alta presión (20-250 bares). Es necesario remarcar que para obtener un gas a esa presión es necesario gastar cierta cantidad de energía eléctrica, para economizar dicha energía es necesario procesar la fracción útil del biogás, para lo cual debemos librarnos de los componentes no procesables, dígase CO2, agua y otros, dejando metano puro. Para el proceso de limpieza se debe desarrollar una tecnología capaz de purificar el biogás y conseguir biometano, el equipo debe tener bajo consumo energético para mantener la rentabilidad de la producción del biogás, con ese fin se plantea diseñar un equipo Scrubber adaptado a las condiciones de trabajo de la ciudad de Arequipa y preparado para trabajar con el tipo de biomasa preponderante en la región, para ello se evaluaran varios modelos Scrubber, eligiéndose el diseño óptimo para un biodigestor estándar de 2ª generación , luego de la fabricación se realizaran las pruebas que determinan la eficiencia de purificación del equipo, finalmente se elaborará un manual de mantenimiento del equipo.

Palabras clave

Purificador Scrubber, Biogas, adsorción, agua, UNSA, CIENCIACTIVA, CONCYTEC

Problema central

El problema es la inadecuada tecnología para el filtrado de CO2 y vapor de agua, del biogás, en la región Arequipa, se produce aproximadamente 36 millones de Nm3/año a base de biomasa primaria producto de la materia residual del sector agroindustrial de la región, lo que representa un total de 700 TeraJoules/año, sin embargo esta producción solo está destinada a un pequeño sector industrial de las zona debido a que la mayor parte de las industrias necesitan utilizar combustible a mediana o alta presión (20-250 bares), para comprimir el biogás es necesario invertir energía eléctrica, para lo cual es preciso limpiar el gas lo que implica retirar los materiales indeseables como CO2, vapor de agua y otros en menor porcentaje, notemos que el biogás está formado por una mezcla de metano (40 a 60% en volumen), anhídrido carbónico (25 a 40% en volumen) y otros gases (vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, etc.), si se comprimiese el biogás sin purificar se estaría consumiendo energía inútilmente comprimiendo estos componentes del biogás, por ello es necesario crear una tecnología de purificación que demande un mínimo coste de energía. Desde el año 2004, en Arequipa se viene realizando investigación en biogás, lo que le ha permitido colocarse como región líder en tecnología de Plantas de Biogas. Se han desarrollado plantas de biogás de alto rendimiento, filtros de sulfuro de hidrógeno, medidores de biogás y equipos (cocinas, estufas, grupos electrógenos) a biogás. El siguiente paso en el avance tecnológico es la producción del biocombustible denominado biometano (biogás cuyo contenido de metano es mayor al 95%) y para ello se necesita eliminar el CO2 y el vapor de agua presentes en el biogás. El biometano es un biocombustible muy interesante porque puede reemplazar a la gasolina y el petróleo diesel en motores de combustión interna, al propano en cocinas a gas, al gas natural en hornos y equipos industriales. En el biodigestor se inyecta aire ( 4% en volumen), para remover el H2S del biogás. Sin embargo, no se dispone de un filtro para eliminar el CO2 (40% en volumen) y el vapor de agua (8% en volumen) del biogás. Como resultado, no se puede producir biometano, el biogás en uso tiene un bajo poder calorífico (18 MJ/Nm3) y no se puede comprimir el biogás para almacenarlo en balones y simplificar, así, su uso y almacenamiento. Existen 26 plantas de biogás en la región Arequipa, y más de 124 a nivel nacional, que requieren de una tecnología de filtrado simple y eficiente, para poder producir biometano

Hipótesis planteada

Es posible desarrollar un filtro tipo scrubber, que trabaje con agua, que permita filtrar el CO2 del biogás y reducir su contenido a valores menores al 10% en volumen; y además un filtro complementario al Scrubber de tipo Pressure Swing Adsorption (PSA) con zeolita o carbón activado que permita filtrar el vapor de agua del biogás y reducir su contenido a valores menores a 1% en volumen ya que el contenido de humedad del gas aumentaría al pasar por el filtro principal. Además el consumo de energía eléctrica de dicho filtro debe ser pequeño para que la producción del biogás siga siendo rentable.

Resultados esperados

Obtener un equipo que reduzca el contenido de CO2 en el biogás a menos de 10% y el de vapor de agua a menos de 1%, además con un consumo de energía menor al 10% del precio de la energía generada por el biocombustible.

Impactos esperados

Al conseguir desarrollar un filtro purificador de las características mencionadas se podrá comprimir el biometano hasta presiones mayores a los 15 bar, lo que permitirá utilizar el biogás en diversas aplicaciones industriales diferentes a la quema directa que es actualmente el principal proceso al cual se somete el gas en cuestión, permitirá utilizarlo en aplicaciones tales como combustible para equipos que operen con un motor de combustión interna, por ejemplo para los motores de la maquinaria agroindustrial como tractores o grupos electrógenos, donde es preciso llevar un tanque de gas comprimido para poder operar dichos equipos autónomamente.
Una vez removido el CO2 y el vapor de agua del biogás, se habrá obtenido el biocombustible denominado biometano. Este biometano puede ser comprimido a 17 bares y utilizarse como sustituto del gas propano (cocinas domésticas) o a 250 bares y utilizarse como sustituto del gas natural vehicular, GNV, en automóviles.