esamur · 2016-05-20 · perfil mwm. el biog`s introducciÓn. aprovechamiento del biog`s: -...

ESAMUR16/17-11-2011

7as Jornadas Técnicas deSaneamiento y Depuración

DEL ANÁLISIS DEL BIOGÁSA LA PLANTA DE

GENERACIÓN

ESAMUR16/17-11-2011

7as Jornadas Técnicas deSaneamiento y Depuración

DEL ANÁLISIS DEL BIOGÁSA LA PLANTA DE

GENERACIÓN

ÍNDICE.

PERFIL MWM.

EL BIOGÁS INTRODUCCIÓN.

APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS:

- PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS.

- COGENERACIÓN CON MOTORES.

EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS Y MOTORES MWM.

PERFIL MWM.






Jornadas Técnicas ESAMUR 16/17.11.2011 Pág. 2

PERFIL MWM.






ÍNDICE.

PERFIL MWM.






Pág. 3Jornadas Técnicas ESAMUR 16/17.11.2011

Segmentos de mercado.

Gas Natural

Motores de gas naturalpara cogeneración ytrigeneración.

Gases especiales

Este sector comprende tanto biogás(vertederos, depuradoras, plantas de

metanización) como aplicaciones especiales(minas, cokes, syngas etc)

PERFIL DE MWM.

Invernaderos

Suministro, puesta en operación ymantenimiento de plantas decogeneración y fertilización con CO2para invernaderos

Gases especiales

Este sector comprende tanto biogás(vertederos, depuradoras, plantas de

metanización) como aplicaciones especiales(minas, cokes, syngas etc)

Diesel

Motores diesel de mediapotencia para centrales deproducción de electricidad yservicios de emergencia.


PERFIL DE MWM.

Rango de Potencia: 400 – 4,300 kWe/ud.Motogeneradores para Gas y diésel.

Cogeneración / TrigeneraciónDesarrollo específico de proyectos.Concepción Modular para una fácil instalación.

Proyectos llave en mano.Consultoría, Ingeniería, Diseño.Suministro y montaje completo de la instalación.

¿Qué podemos ofrecer?

Pág. 5

Rango de Potencia: 400 – 4,300 kWe/ud.Motogeneradores para Gas y diésel.

Cogeneración / TrigeneraciónDesarrollo 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 16/17.11.2011

TCG 2016C

PERFIL DE MWM.

Gama de productos – Motores de Gas

400 – 800 kWe

Pág. 6

TCG 2020

TCG 2032


1.000 kWe – 2.000 kWe

3.333 kWe – 4.300 kWe (A consultar para Biogás)

PERFIL DE MWM.

• 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.

Servicio Post-Venta

Pág. 7

• 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.


PERFIL DE MWM.

Red de Venta y Servicio

Pág. 8

MWM GmbHAlemania: 3 Service-Centers y 2 Bases de ServicioResto del mundo:9 Filiales en paises estratégicos.Aprox. 30 Distribuidores en las regiones mas importantes.


ÍNDEX.

PERFIL MWM.






PERFIL MWM.







EL BIOGÁS. INTRODUCCIÓN.

► El BIOgás es el resultado de un proceso de degradación biológica de materiaorgánica 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.

Pág. 10

► El BIOgás es el resultado de un proceso de degradación biológica de materiaorgánica 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.


Biometanización: digestión anaeróbica de residuos orgánicos (residuos de laindustria alimentaria, residuos vegetales, etc.) en plantes de biogás, con lafinalidad 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 generadodesde el origen (tipo y cantidad de los residuos fermentados)

Biogás procedente de Biometanización.


Resultado de la digestión anaeróbica de aguas residuales, principalmentemunicipales, o de industrias agroalimentarias.

● Composición tipo: ≥ 65% CH4, resta CO2.

● Control limitado de la composición y la cantidad del biogás generado desdeel fermentador (adición de substancias que potencien la producción debiogás).

Biogás procedente de Depuradoras.


Biogás procedente de Vertedero.

Resultado de la digestión anaeróbica que se produce de forma natural con lafracción orgánica de los residuos depositados en los vertederos.

● Composición tipo: ≤ 50% CH4, 27% CO2 y resto N2.

● Composición y cantidad del biogás generado muypoco controlables (apertura/cierre/regulación poco de extracción de biogás).


ÍNDEX.

PERFIL MWM.






PERFIL MWM.







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.

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.


PROCESO BIOLÓGICO(DIGESTIÓN ANAEROBIA BIOMETANIZACIÓN ETC.)

RESIDUO O FANGO

Proceso a temperatura constante ( 35 - 37 ºC)Proceso continuo.Producción de tipo de biogás en función del residuo.Caudal de biogás en función de cantidad de fango o residuo.

VERTEDERO/DEPURADORA

i) Energía Disponible. Caudal de gas y PCI.

Proceso a temperatura constante ( 35 - 37 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)CAUDAL x PCI =

ENERGÍAPRIMARIA

DISPONIBLEm3/h x kWh/m3N = kW


PCI = f (composición del gas)

% de CH4

50% Residuos sólidos urbanos55 – 60 % gas de depuradora60 – 65 % gas residuos orgánico.

% de N2 % de CO2 Trazas de:

Siloxanos Azufre (HS2, S) Halógenos

Valor de PCI

ii) Determinación del PCI (Pode Calorífico Inferior).

% de CH4

50% Residuos sólidos urbanos55 – 60 % gas de depuradora60 – 65 % gas residuos orgánico.

% de N2 % de CO2 Trazas de:

Siloxanos Azufre (HS2, S) Halógenos

APROXIMADAMENTE

1 KWh / Nm3por cada 10 % vol CH4

Valor de PCI


Poder Calorífico Inferior (5 – 6,5 KWh/m3N)

Número de Metano (Resistencia a ladetonación) ( 120 – 140)

Composición. Agentescorrosivos y dañinos:

Siloxanos y polvo de Silicio: Daños en camisasdel motor. Desgaste.

1

2

iii) Producción estimada de biogás. Características.

Caracterización de unbiogás:


Siloxanos y polvo de Silicio: Daños en camisasdel motor. Desgaste.

Sulfuros y halógenos. Corrosión en motor.

Características de laproducción de biogás:

Producción media, mínima y máxima.

Fluctuaciones en la composición del gas.

Presión de suministro.

3



1

2

Caracterización de unbiogás:

Ajuste del balance de energía

Elección tipo de motor

Proceso de limpieza degases.

CIRCULAR TÉCNICAGASES

COMBUSTIBLESTR 0199 – 99 – 3017

iii) Producción estimada de biogás. Características.


Características de laproducción de biogás:

3

Proceso de limpieza degases.Filtrado de partículas

CIRCULAR TÉCNICAGASES

COMBUSTIBLESTR 0199 – 99 – 3017

Número de motoresSistemas auxiliaresGasómetros

Jornadas Técnicas ESAMUR 16/1711.2011. Pág. 19

1. Máximo aprovechamiento del biogás:Minimizar emisiones a antorcha.

2. Máximo beneficio económico: Produccióneléctrica máxima en horas punta y llano dela demanda.

3. Optimizar los gastos de instalación.

iv) Criterios de diseño. Selección de equipos.

1. Máximo aprovechamiento del biogás:Minimizar emisiones a antorcha.

2. Máximo beneficio económico: Produccióneléctrica máxima en horas punta y llano dela demanda.

3. Optimizar los gastos de instalación.

1. Fraccionar potencia en más de un motor.

2. Almacenar en gasómetro. Maximizar energíaeléctrica generada (kWh /año), teniendo en cuentael proceso asociado (consumo de energía térmica)

3. Equipos auxiliares, instalación eléctrica,número de motores, obra civil.


PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS.

Requisitos para el aprovechamiento del biogás en motores MWM

Pág. 21

Valores referidos a un 100% CH4

Jornadas Técnicas ESAMUR 16/1711.2011.

• ÁCIDO SULFHÍDRICO: corrosión del motor, desgaste más rápido del aceite delubricación (más cambios, más costes de explotación)

Efectos de los contaminantes en los motores.

• ÁCIDO SULFHÍDRICO: corrosión del motor, desgaste más rápido del aceite delubricación (más cambios, más costes de explotación)

Pág. 22Jornadas Técnicas ESAMUR 16/1711.2011.

Efectos de los contaminantes en los motores.

• SILOXANOS: Muy perjudiciales para los motores. Durante el proceso decombustión del motor, se conviertes en silicatos y cuarzos micro cristalinos.Estos se forman en la parte superior de los cilindros y hacen disminuir elvolumen de la cámara de combustión. Además contribuyen a la abrasión dentrodel motor.

Pág. 23

• SILOXANOS: Muy perjudiciales para los motores. Durante el proceso decombustión del motor, se conviertes en silicatos y cuarzos micro cristalinos.Estos se forman en la parte superior de los cilindros y hacen disminuir elvolumen de la cámara de combustión. Además contribuyen a la abrasión dentrodel motor.


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).


• 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).

- TRATAMIENTO BIOLÓGICO: H2S

- Filtro: Biofiltro con parte de losmicroorganismos inmovilizados en unsubstrato plástico (parte del losmicroorganismos en suspensión).- Oxidación bioquímica del H2S enpresencia de oxígeno.- Aporte externo: agua y nutrientes para losmicroorganismos. Oxígeno.

Puede tratar biogás con concentracionesmuy elevadas de sulfhídrico. El coste de operación es bajo.

El sistema debe estar en funcionamientocontinuo debido a la sensibilidad de losmicroorganismos. Elevado coste de inversión.


Pág. 25

Planta NUFRI, Lleida.Tecnologia MSP

- Filtro: Biofiltro con parte de losmicroorganismos inmovilizados en unsubstrato plástico (parte del losmicroorganismos en suspensión).- Oxidación bioquímica del H2S enpresencia de oxígeno.- Aporte externo: agua y nutrientes para losmicroorganismos. Oxígeno.

Puede tratar biogás con concentracionesmuy elevadas de sulfhídrico. El coste de operación es bajo.

El sistema debe estar en funcionamientocontinuo debido a la sensibilidad de losmicroorganismos. Elevado coste de inversión.


- TRATAMIENTO CON CARBÓN ACTIVO: SILOXANOS Y/O H2S


- Filtro de carbón activo: el H2S esabsorbido por el carbón activo que debecambiarse regularmente.

- Esta tecnología se utiliza principalmentepara eliminar los siloxanos. Para eliminar elH2S debe utilizarse un carbón activoespecial.

Muy eficiente para los siloxanos. Coste de inversión no muy elevado.

Coste de operación elevada – cambios decarbón activo. Para H2S solamente funciona enconcentraciones bajas, ~ 1000 ppm.


- Filtro de carbón activo: el H2S esabsorbido por el carbón activo que debecambiarse regularmente.

- Esta tecnología se utiliza principalmentepara eliminar los siloxanos. Para eliminar elH2S debe utilizarse un carbón activoespecial.

Muy eficiente para los siloxanos. Coste de inversión no muy elevado.

Coste de operación elevada – cambios decarbón activo. Para H2S solamente funciona enconcentraciones bajas, ~ 1000 ppm.

El biogas como resultado de la digestión anaeróbica deresiduos orgánicos está constituido principalmente pormetano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). A su salida deldigestor, el biogas está saturado de vapor de agua. Por elloes necesario instalar un enfriador, que permite disminuir lahumedad relativa del gas hasta valores por debajo del 80%,valor límite para el óptimo funcionamiento de losmotogeneradores MWM.

La deshumidificación del biogas se lleva a cabo según elprincipio de secado por condensación. Mediante elenfriamiento del caudal de biogas, la humedad contenida enel gas condensa y se puede eliminar del gas.

El enfriamiento del caudal de gas tiene lugar en unintercambiador de calor de haz tubular refrigerado por aguacon salida de condensados. Estos pueden ser retiradosmediante un depósito de colección de condensados con uncontrol de nivel y una bomba de condensados.

PRETRATAMIENTO DEL BIOGÁS. ENFRIADOR.

El biogas como resultado de la digestión anaeróbica deresiduos orgánicos está constituido principalmente pormetano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). A su salida deldigestor, el biogas está saturado de vapor de agua. Por elloes necesario instalar un enfriador, que permite disminuir lahumedad relativa del gas hasta valores por debajo del 80%,valor límite para el óptimo funcionamiento de losmotogeneradores MWM.

La deshumidificación del biogas se lleva a cabo según elprincipio de secado por condensación. Mediante elenfriamiento del caudal de biogas, la humedad contenida enel gas condensa y se puede eliminar del gas.

El enfriamiento del caudal de gas tiene lugar en unintercambiador de calor de haz tubular refrigerado por aguacon salida de condensados. Estos pueden ser retiradosmediante un depósito de colección de condensados con uncontrol de nivel y una bomba de condensados.


ANTORCHA DE SEGURIDAD.

La antorcha de emergencia para biogas es una unidad decombustión con regulación de temperatura, que consisteen una tubería de la antorcha, una base, una rampa debiogas y el cuadro de control. A través de la cámara decombustión es posible – en función de la presión deentrada- conseguir rangos de regulación de la capacidadde combustión entre el 20% y el 100%. El cambio de lasboquillas del quemador se puede realizar fácilmente y conello conseguir otros rangos de combustión.

El diseño de la antorcha se realiza de forma que el caudalmáximo de biogas pueda quemarse a presión nominal(funcionamiento en continuo). Para caudales menores,arranca la antorcha durante unos minutos hasta que elbiogas se ha quemado, es decir, hasta que se haalcanzado un nivel de presión de 4 mbar (funcionamientoen discontinuo). La potencia de la antorcha se regula enfunción del poder calorífico del biogas y de la cantidad.


La antorcha de emergencia para biogas es una unidad decombustión con regulación de temperatura, que consisteen una tubería de la antorcha, una base, una rampa debiogas y el cuadro de control. A través de la cámara decombustión es posible – en función de la presión deentrada- conseguir rangos de regulación de la capacidadde combustión entre el 20% y el 100%. El cambio de lasboquillas del quemador se puede realizar fácilmente y conello conseguir otros rangos de combustión.

El diseño de la antorcha se realiza de forma que el caudalmáximo de biogas pueda quemarse a presión nominal(funcionamiento en continuo). Para caudales menores,arranca la antorcha durante unos minutos hasta que elbiogas se ha quemado, es decir, hasta que se haalcanzado un nivel de presión de 4 mbar (funcionamientoen discontinuo). La potencia de la antorcha se regula enfunción del poder calorífico del biogas y de la cantidad.

i Definición.PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA DE

ENERGÍA ELECTRICA Y TERMICA ENUNA SOLA MÁQUINA TÉRMICA

(MOTOR)

Biogás.(depuradoraresiduos etc)

Electricidad

Cogeneración

COGENERACIÓN CON MOTORES.¿QUÉ ES LA COGENERACIÓN?

Biogás.(depuradoraresiduos etc)

Electricidad

Calor(Refrigeración y escape)

Sin cogeneración

Biogás

Red

Calor

Electricidad


BIOGÁS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h

COMPOSICIÓN:65% CH435% CO22000 ppm H2S30 mg Si/Nm3

PCI= 6,5 kWh/Nm3

500 kWeElectricidad

COGENERACIÓN CON MOTORES.DIMENSIONAMIENTO.

BIOGÁS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h


Pág. 30

Combustible (BIOGÁS)

210 Nm3/h x 6,5 kWh/Nm3 = 1.365 kW

500 kWe

202 kWeCalor circuito HT

236 kWeCalor Gases Escape


BIOGAS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h


Determina la potencia eléctricaque se puede generar:COMBUSTIBLE RENOVABLEDEL MOTOR


PCI= 6,5 kWh/Nm3Electricidad

500 kWe

BIOGAS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h


Pág. 31


210 Nm3/h x 6,5 kWh/Nm3 = 1.365 kW


Calor circuito HT

Calor Gases Escape

500 kWe

202 kWe

236 kWe

BIOGAS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h


Determina la potencia eléctricaque se puede generar:COMBUSTIBLE RENOVABLEDEL MOTOR


PCI= 6,5 kWh/Nm3Electricidad

500 kWe

BIOGAS DISPONIBLE:

5.040 Nm3/día ~ 210 Nm3/h


Pág. 32


210 Nm3/h x 6,5 kWh/Nm3 = 1.365 kW


Calor circuito HT

Calor Gases Escape

500 kWe

202 kWe

236 kWe

Elementos perjudiciales para el motor: necesariotratamiento previo.

MOTOR DE COGENERACIÓ AMB BIOGAS

MOTOR DE COGENERACIÓN CON BIOGÁS.

• 01. October 2008 Jornadas Técnicas ESAMUR 16/1711.2011. Pág. 33

Biogás disponible: 1.229 kW


• 01. October 2008

Produccióneléctrica:500 kWe


Biogás disponible: 1.229 kW

Calor gases escape: 236 kWt


• 01. October 2008

Calor aprovechable: 438 kWtCalor circuito HT: 202 kWt

Produccióneléctrica:500 kWe


– 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

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


Contenedor CHP


Contenedor CHP

MotorMotor

Cuadros de control


Contenedor CHP

Motor

Rampa de gas

Motor

Cuadros de control


Contenedor CHP

Motor

Rampa de gas

Motor

Cuadros de control

Circuitos agua(HT y LT)¡Espacio libre!


Contenedor CHP

Motor

Rampa de gas

Motor

Circuitos agua(HT y LT)

Cuadros de control

Aceitelubricación


Contenedor CHP

Motor

Rampa de gasAireacondicionado


Aceitelubricación

Cuadros de control

Ventilación


Motor

Rampa de gasAireacondicionado

Cables

Contenedor CHP


Cuadros de control

Ventilación


Aceitelubricación

Contenedor CHP


Contenedor CHP

Humos, emisiones yrecuperación calor escape.

Chimenea

Intercambiadorcalor escape.

Silencioso


ÍNDEX.

PERFIL MWM.






PERFIL MWM.







EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS.

EDAR GRANOLLERS (año 2009)

Producción de biogás: 3.720 Nm3/díaBiogás: 68% CH4

32% CO22000 ppm H2S20 mg/Nm3 siloxans

Demanda térmica para los digestores: 200 kWt

SITUACIÓN ANTERIOR:

BIOGÁS


Producción de biogás: 3.720 Nm3/díaBiogás: 68% CH4

32% CO22000 ppm H2S20 mg/Nm3 siloxans

Demanda térmica para los digestores: 200 kWt

SITUACIÓN ANTERIOR:

BIOGÁS CALDERAS CALOR PARA LOSDIGESTORES

ANTORCHA



SITUACIÓN ACTUAL:

BIOGÁS CALDERAS CALOR PARA LOSDIGESTORES

ANTORCHA200 kWe


ANTORCHA200 kWe

500 kWe


Caudal de agua tratada: 30.000 m3/ díaPoblación equivalente: 112.115 habitantes

Producción biogás: aprox. 200 Nm3/hProducción eléctrica: aprox. 500 kWeProducción térmica: aprox. 500 kWt.



Pre-tratamiento del biogás necesario:

- Enfriamiento para reducir la humedad- Carbón activo para reducir H2S y Si


- Biogás procedente de digestiónanaeróbica.

- Motor instalado: TCG2020 V16.

- Nº motores instalados: 4.

- Potencia total: 5.456 kWe (4 x 1.364kWe).

- Calor aprovechado para calentar losdigestores.


TRSU ZARAGOZA (año 2007)

- Biogás procedente de digestiónanaeróbica.

- Motor instalado: TCG2020 V16.

- Nº motores instalados: 4.

- Potencia total: 5.456 kWe (4 x 1.364kWe).

- Calor aprovechado para calentar losdigestores.


Generar la máxima potencia posible con el menorgasto de combustible y durante el mayor tiempo.

•Eficiencia.•Operatividad•Disponibilidad

EJEMPLOS DE PLANTAS CON BIOGÁS.Plantas de biogás MWM - Objetivos

•Eficiencia.•Operatividad•Disponibilidad

EXITOJornadas Técnicas ESAMUR 16/1711.2011. Pág. 51

Gracias por la atenciónprestada

Alejandro Marí Howitt

Teléfono: +34 91 8074547Móvil: +34 629 804 753Fax: +34 91 8074507E-Mail: [email protected]: www.mwm.net

Alejandro Marí Howitt

Teléfono: +34 91 8074547Móvil: +34 629 804 753Fax: +34 91 8074507E-Mail: [email protected]: www.mwm.net

esamur · 2016-05-20 · perfil mwm. el biog`s introducciÓn. aprovechamiento del biog`s: -...

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