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La planta de biometano de Berlín-Wisconsin transforma el biogás con 4000 ppm de sulfuro de hidrógeno en biometano sin desulfuración previa.
Planta de Biometano de Berlín-Wisconsin
El sistema de desoxidación de UGS reduce el contenido de oxígeno en el biometano y garantiza así el cumplimiento de los requisitos más exigentes
Unconventional Gas Solutions (UGS), especialista en sistemas de transformación de gas, anuncia la puesta en marcha de dos innovadoras plantas de transformación de biogás en los estados norteamericanos de Michigan y Wisconsin. Las dos plantas, que suministran 800 Nm3/h de biometano a la red de gas local, son los primeros sistemas de este tipo de UGS.
Los dos proyectos ejemplifican el compromiso de la empresa con el desarrollo de sistemas innovadores y sostenibles de mejora del gas y con la oferta de soluciones económicas incluso en condiciones poco habituales. Los proyectos supusieron un reto especial debido al cambio en los procedimientos operativos y a los elevados requisitos de la red. A la primera puesta en marcha, la planta de GNR de Three Petals en Berlín (Wisconsin), le siguió la segunda: la planta de GNR de Red Leaf en la granja lechera de Maple Row en Saranac (Michigan).
En colaboración con el promotor del proyecto, Novilla RNG, UGS desempeñó un papel decisivo en el desarrollo, la puesta en marcha y la optimización de los sistemas. El especialista establece así un nuevo punto de referencia en el tratamiento del biogás: cuando se producen altas concentraciones de H₂S, los operadores normalmente tienen que pretratar el biogás con costosos aditivos o instalar un costoso sistema externo de desulfuración para todo el volumen de biogás.
Esto reduce la carga de H₂S a niveles que pueden ser manejados por un filtro de carbón activado. Sin embargo, este enfoque suele ir acompañado de una desventaja decisiva: la necesidad de estos sistemas de aumentar la adición de oxígeno; el oxígeno adicional también puede afectar a la calidad del gas producto. En las plantas de Berlín y Saranac, sin embargo, los responsables decidieron prescindir de este complejo proceso.
Ambas plantas procesan concentraciones de H₂S superiores a 4.000 ppm, que se envían directamente al compresor de la planta de tratamiento de gas y, a continuación, pasan directamente por la primera etapa de membranas. En lugar de centrarse en proteger el sistema de tratamiento por membranas, Novilla y UGS optaron por un enfoque poco convencional: el sistema utiliza un proceso de tratamiento multietapa basado en membranas que tolera concentraciones de H₂S muy elevadas, de hasta 30.000 ppm.
En la primera etapa de membrana, el H₂S y el CO₂ se separan simultáneamente y se introducen en el gas de escape. Esto significa que no es necesario un costoso proceso previo para reducir la carga de H2S. Para obtener un rendimiento óptimo de metano, el permeado de la etapa siguiente se devuelve al proceso.
El resultado es biometano casi puro en calidad de gas natural con sólo un contenido residual de H₂S. La baja concentración en el flujo de volumen reducido en el lado del gas de producto se separa a continuación en un proceso de desulfuración fina mediante un lecho de reacción de esponja de hierro. De forma similar a los filtros de carbón activado conocidos, estos recipientes están dispuestos en una configuración de plomo y retardo.
Esto permite renovar el material cargado durante el funcionamiento. Otro efecto secundario positivo de esta reacción de fijación del H₂S es el consumo de oxígeno residual. El subproducto de la reacción es el agua, que debe eliminarse mediante un sistema de secado TSA desarrollado por UGS. En definitiva, este proceso reduce el volumen de gas que debe limpiarse de H₂S y evita la acumulación de O₂ o N₂, como sería necesario con un tratamiento previo del H₂S.
Otro argumento a favor del sistema seleccionado en la planta de GNR de Red Leaf fueron los estrictos requisitos de la red en Michigan, donde no debe superarse un contenido de O₂ de 5 ppm. Para garantizar estos valores límite extremos en cualquier situación, se instaló el sistema de desoxidación catalítica (De-Oxo) desarrollado por UGS tras la desulfuración fina del gas producto. "Notablemente, la desulfurización a través de la propia unidad de membrana, seguida de la desulfurización fina en el lado del gas de producto, significa que las especificaciones de la red a veces pueden incluso cumplirse sin utilizar el sistema De-Oxo.Sin embargo, el sistema DeOxo ofrece una seguridad absoluta para todas nuestras plantas", subraya Mark Hill, codirector general de Novilla RNG.
Esto se debe a que el oxígeno restante en el gas producto se consume en los lechos de reacción del sistema de desulfuración fina durante la reacción de H₂S a Fe₂S3, de modo que el valor límite de 5 ppm puede cumplirse incluso sin la unidad DeOxo instalada.
Para UGS, estos proyectos representan un hito porque combinan varios avances técnicos desarrollados en los últimos años con resultados probados. Esto es especialmente cierto si se tiene en cuenta que el mercado del biogás no sólo se está desarrollando rápidamente en Estados Unidos, sino también en Europa. El mercado alemán del biogás es un buen ejemplo.
Aunque el número de plantas de biogás en Europa ha aumentado considerablemente en los últimos años hasta superar las 19.000, el 60% se encuentra sólo en Alemania. Allí, las considerables subvenciones concedidas entre 2004 y 2011 favorecieron inicialmente la producción de biogás a partir de cultivos energéticos para su uso en la generación combinada de calor y electricidad. Con los sistemas de incentivos para la producción de biogás a partir de cultivos energéticos, las tecnologías se han estandarizado tanto como los propios cultivos energéticos... hasta ahora.
Los nuevos sistemas de tarificación que valorizan el biometano producido a partir de estiércol y residuos han contribuido a reducir las emisiones de CO₂ y han modificado notablemente las cualidades del biogás. Hoy en día, las plantas de valorización del biogás deben ser capaces de hacer frente a importantes fluctuaciones en la composición del gas, grandes cantidades de contaminantes como el H₂S por encima de 5.000 ppm y concentraciones cambiantes de O₂ y N₂.
Esta evolución obliga a la industria a desarrollar nuevas soluciones. Gracias a su gran experiencia en purificación de gas no convencional, UGS está en condiciones de superar tecnológicamente estos complejos retos: "Tenemos soluciones innovadoras que pueden cubrir nichos críticos en este mercado. UGS ofrece sistemas fabricados tanto en EE.UU. como en Europa, lo que garantiza soluciones innovadoras para los próximos requisitos del mercado", subraya Ben Bikson, CTO de UGS LLC. Ben Bikson es uno de los fundadores del campo de las membranas comerciales de separación de gases y posee más de 70 patentes estadounidenses concedidas en el campo de las membranas.
