Sistema de remoción de siloxanos y VOCs para biogás

BGAK1800 smallEl biogás producido en los rellenos sanitarios y en las plantas depuradoras de aguas residuales cada vez contiene más contaminantes basados en silicio, esto se debe al uso intensivo en los últimos años en un amplio rango de aplicaciones de siloxanos metil-volátiles

Estos productos son utilizados de manera generalizada en productos para el aseo personal como shampoo, pasta dental, preparaciones para la piel, jabones y anti-transpirantes. Son también usados intensivamente como agentes limpiadores industriales, limpiadores de vidrios y lubricantes. Son utilizados incluso como aditivos en alimentos

Los siloxanos han sido promovidos como sustitutos ambientalmente amigables de productos muy dañinos como los clorofluorosolventes (p.e. percloroetileno), utilizados en la limpieza en seco de prendas de vestir. Existen más de 10,000 aplicaciones listadas para los siloxanos, y se espera que la cifra crezca 10 veces más en los próximos 5 años

siloxane damage 01 smallsiloxane damage 05 smallEl residuo de estos productos es inevitablemente depositado en los rellenos sanitarios y arrastrado junto con las descargas de aguas municipales e industriales. Una vez que inicia el proceso de metanización de la materia orgánica, los siloxanos se mezclan con el biogás que es usado en instalaciones de generación eléctrica. Las principales variedades de siloxanos que contaminan el biogás en rellenos sanitarios y plantas depuradoras de aguas son del tipo cíclico D3, D4, D5 y lineares tipo L2 y L3, los cuales forman dioxido de silicio durante el proceso de combustión de las máquinas

 

siloxane damage 06 small siloxane damage 08 smallEste dióxido de silicio se combina con el aceite de lubricación y otros elementos en el gas (componentes orgánicos volátiles VOCs, que lo potencian) para formar una capa dura que se acumula en las superficies donde se efectúa la combustión. En la medida en que este depósito de dióxido de silicio se acumula, la eficiencia de las máquinas disminuye a causa de pre-detonaciones en las cámaras de combustión por súper-calentamiento e incremento en el ratio de compresión. El combustible no quemado apropiadamente también provoca incrementos en las emisiones de gases. Esto conduce a los operadores a reducir la salida de potencia del motor, para evitar daños mayores a las máquinas y minimizar las emisiones a la atmósfera. Reducir la salida de potencia de la máquina equivale a sub-utilizar la potencia instalada, haciendo más cara la operación

siloxane damage 04 small siloxane damage 02 smallSi no es controlado el nivel de concentración de siloxanos, pueden ocurrir severos daños a válvulas, pistones, anillos, cabezas de cilindros, bujías y turbocargadores, lo que significa un incremento en los costos de servicio y las partes de recambio. En las micro-turbinas, se han experimentado daños frecuentes por los siloxanos, inutilizando rotores y haciendo necesario su reemplazo antes de cumplir su ciclo productivo

Otra consecuencia de una alta concentración de siloxanos en el biogás es la necesidad de hacer cambios de aceite más frecuentes a las máquinas, para evitar su acumulación en el lubricante

Los fabricantes de motores y microturbinas tienen establecidos límites para esta clase de contaminantes, para efecto de garantía

En el desarrollo de tecnologías de limpieza de biogás, se han utilizado varios métodos de reducción de los efectos de los depósitos de silicio en las máquinas utilizadas por los rellenos sanitarios y las plantas depuradoras de aguas:

  • Los sistemas de inyección de fluidos limpiadores, que permiten suavizar estos depósitos para un posterior decapado. Sin embargo, a largo plazo es preferible evitar que los siloxanos lleguen a las máquinas para evitar que se formen en primer lugar estos depósitos
  • Los sistemas de carbón activado filtran el contaminante por un período finito, ocupan un gran espacio (el cual generalmente requiere de permisos de planificación), constituyen un riesgo operativo al acumular un volumen considerable de gas a presión y requieren el cambio del medio filtrante y la disposición final del mismo de manera manual
  • Actualmente existen en el mercado derivados del carbón activado y gel de sílice ofertados en forma de cartucho o silo, para facilitar su reemplazo y disposición final. A pesar de que facilitan las tareas de reemplazo del medio filtrante e incrementan la seguridad operativa, son costosos y requieren de mantenimiento constante
  • Los sistemas de tratamiento térmico y ósmosis inversa ofrecen resultados con inversiones comparativamente mucho más altas frente al resto de los sistemas, y en condiciones operativas muy costosas debido al alto consumo energético

BGAK2400 smallLa desorción térmica regenerativa es una técnica en la que tanto siloxanos como VOCs son capturados en un medio bioquímico, permitiendo un flujo libre de biogás limpio al motor o micro-turbina. Una vez que el filtro en operación se satura del contaminante, el flujo de gas es derivado a un segundo filtro, listo para operar. El primer filtro es entonces sometido a un proceso de desorción térmica, en el que por medio de aire caliente, se remueve el contaminante del filtro, dejándolo listo para la operación en poco tiempo. Todo esto de manera automática y sin necesidad de detener la producción de energía

Dependiendo del grado de contaminación de gas, se establecen ciclos de regeneración cada 12 o 24 horas, el proceso de regeneración toma mucho menos tiempo y consume muy poca energía

Los equipos se diseñan para que en sitios con un nivel de contaminación promedio, el medio filtrante dure cinco años y su reemplazo tenga un costo definido, requiriendo servicio mínimo, reduciendo los tiempos fuera de servicio a un mínimo, y removiendo y disponiendo constantemente del contaminante. Esto permite al operador maximizar la generación de potencia y extender los períodos de mantenimiento
bgak reference 01 smallLas ventajas de un sistema de desorción térmica regenerativa frente a otros sistemas:

  • Amplio número de instalaciones de referencia, tecnología madura y bien aceptada
  • Vida del medio filtrante garantizada hasta por 7 años
  • Habilidad de regenerar el medio filtrante en sitio
  • Hasta 10 veces más absorbente que el carbón activado
  • No requiere de tratamiento térmico previo
  • Bajo costo de operación
  • Operación totalmente automática
  • No requiere detener la operación para regenerar el medio
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