Tecnologías de upgrading de biogás y recuperación de CO₂
La tecnología de upgrading o mejora del biogás determina las características del CO₂ disponible para su recuperación: composición, humedad, presión y variaciones de caudal. Estas condiciones influyen en la purificación necesaria y en la energía consumida para producir CO₂ líquido.
Las membranas, la adsorción por cambio de presión, el lavado y los procesos criogénicos separan los componentes del gas de distintas formas. Para los operadores y las empresas de ingeniería que estudian recuperar CO₂, es fundamental conocer la corriente que sale de la planta de upgrading y el tratamiento que todavía necesita.
Solveno Technologies está especializada en la recuperación y licuefacción de CO₂ procedente del upgrading de biogás, con un bajo consumo energético como prioridad de diseño. Esta página explica cómo influyen las principales tecnologías en esa parte del proyecto.
¿Por qué influye el upgrading en la recuperación de CO₂?
La mejora del biogás permite producir biometano mediante la separación del CO₂ y otros componentes. Sin embargo, las sustancias retiradas del biometano pueden terminar en la corriente de CO₂ separada.
Una concentración elevada de CO₂ no demuestra por sí sola la calidad del producto. El metano residual, el agua, los compuestos de azufre, el oxígeno, el nitrógeno y los compuestos orgánicos en trazas pueden influir en el tratamiento. Su presencia depende de las materias primas, el pretratamiento existente y la configuración del proceso.
Por ello, dos instalaciones con la misma tecnología pueden necesitar tratamientos de CO₂ distintos. La evaluación debe partir del gas realmente disponible en el punto de conexión de la unidad de recuperación.
Separación por membranas
Las membranas separan los gases según su permeabilidad. El CO₂ atraviesa la membrana con mayor facilidad que el metano, generando una corriente rica en CO₂ en el lado de menor presión.
Las etapas de membranas y las recirculaciones influyen en su composición, incluido el contenido de metano residual. El pretratamiento protege las membranas, pero el CO₂ separado debe evaluarse según los requisitos de licuefacción y de la aplicación prevista.
Según el análisis del gas, el tratamiento posterior puede incluir eliminación de compuestos residuales de azufre y sustancias orgánicas, filtración de partículas, secado y separación de metano y otros gases no condensables. La presión disponible también influye en la compresión necesaria.
Adsorción por cambio de presión (PSA)
El proceso PSA utiliza adsorbentes sólidos que retienen CO₂ a presión. Al reducir la presión, se libera el gas adsorbido. Varios recipientes trabajan de forma secuencial para mantener la producción de biometano.
Para recuperar CO₂, importan las condiciones en la salida común del gas residual. Los ciclos de adsorción pueden generar variaciones de caudal y composición, cuya magnitud depende de la configuración y de la capacidad de almacenamiento intermedio existente.
La unidad de recuperación debe adaptarse a ese funcionamiento. Puede ser necesario incorporar un depósito pulmón y coordinar el control del compresor. Las impurezas residuales y la humedad determinan la purificación y el secado adicionales.
Lavado con agua
El lavado con agua aprovecha la mayor solubilidad del CO₂ en agua para separarlo del metano. La forma de regenerar el agua afecta directamente al gas disponible para recuperación.
Cuando la regeneración utiliza aire, el CO₂ liberado queda diluido con nitrógeno y oxígeno. Esto supone un punto de partida distinto al de una corriente concentrada de CO₂. Añadir únicamente un secador y una unidad de licuefacción no resuelve esa dilución.
Primero debe determinarse si existe una corriente adecuada que pueda recuperarse. Cuando la recuperación es viable, también deben tratarse la humedad y los posibles contaminantes arrastrados. La configuración de regeneración resulta esencial para esta evaluación.
Lavado con aminas
El lavado con aminas fija químicamente el CO₂ en un disolvente y lo libera durante una regeneración que requiere calor. Este proceso puede proporcionar una corriente concentrada de CO₂ para su tratamiento posterior.
La purificación necesaria depende, entre otros factores, de dónde se hayan eliminado los contaminantes en las etapas anteriores. Los compuestos de azufre y el amoníaco pueden acompañar al CO₂. Por tanto, su concentración debe evaluarse junto con el análisis de los componentes en trazas.
La evaluación incluye refrigeración, eliminación de humedad y cualquier tratamiento adicional necesario antes de la licuefacción. El calor utilizado para regenerar las aminas corresponde al upgrading y debe distinguirse de la electricidad consumida en la recuperación de CO₂.
Lavado físico con disolventes orgánicos
Los disolventes físicos absorben CO₂ y lo liberan durante la regeneración. Otras sustancias también pueden entrar en el disolvente y liberarse junto con el CO₂.
El disolvente y el método de regeneración determinan la composición del gas. Cuando se utiliza desorción con aire, debe evaluarse la dilución antes de considerar esa corriente como alimentación para la licuefacción de CO₂.
El diseño de la recuperación parte de las características reales del gas de regeneración: concentración de CO₂, humedad y contaminantes. Estos datos determinan su idoneidad y el tratamiento adicional necesario.
Upgrading criogénico y procesos híbridos
Los procesos criogénicos separan los componentes a bajas temperaturas. Las instalaciones híbridas combinan métodos de separación y pueden integrar parte de la purificación o licuefacción del CO₂.
Es necesario identificar qué producto de CO₂ o corriente intermedia está disponible en el punto de conexión. Su estado físico, presión, temperatura y calidad determinan el tratamiento pendiente.
Las etapas ya realizadas deben tenerse en cuenta al definir el alcance de la unidad de recuperación. Así se evita duplicar equipos o contabilizar dos veces el consumo energético.
¿Qué purificación adicional del CO₂ puede ser necesaria?
La tecnología de upgrading aporta el contexto. El análisis del gas y la especificación del CO₂ líquido determinan la secuencia de tratamiento.
| Componente o condición | Tratamiento posible | Importancia para la recuperación de CO₂ |
|---|---|---|
| Agua y gotas arrastradas | Enfriamiento y separación de condensados, seguidos de secado hasta el nivel requerido. | Protege el proceso a baja temperatura frente a la formación de hielo y las obstrucciones. |
| Compuestos residuales de azufre y sustancias orgánicas | Adsorción adecuada u otro tratamiento específico definido a partir del análisis del gas. | Reduce los contaminantes que pueden afectar a la calidad. El medio filtrante debe ser adecuado para las sustancias presentes. |
| Partículas | Filtración de partículas en los puntos apropiados del proceso. | Protege los equipos, también frente al material arrastrado desde los lechos de adsorción. |
| Metano, nitrógeno y oxígeno | Separación de los componentes no condensables durante la purificación del CO₂. | Influye en la calidad, el rendimiento de recuperación y la gestión del gas residual. |
| Variaciones de caudal y presión | Depósito pulmón y control coordinado del compresor cuando sean necesarios. | Adapta el suministro de gas al rango de funcionamiento de la unidad de recuperación. |
Estas etapas cumplen funciones diferentes. El carbón activo no sustituye al secado ni a la separación de gases no condensables. La licuefacción por sí sola tampoco demuestra que el CO₂ sea apto para alimentos y bebidas: también se requieren la cualificación de la fuente y controles de calidad adecuados.
¿Cómo afecta al consumo energético?
La energía necesaria por tonelada de CO₂ líquido recuperado depende del gas de entrada y del producto requerido. La presión disponible influye en la compresión. La humedad influye en el secado. Los componentes no condensables influyen en la separación y en la cantidad de CO₂ recuperada en forma líquida.
Por ello, cualquier cifra de consumo debe asociarse a una composición de entrada, una carga de funcionamiento y una especificación de producto definidas. También debe indicar si incluye compresión, purificación, secado, refrigeración y consumos auxiliares.
Solveno desarrolla sus unidades con un bajo consumo energético como objetivo central. El estudio de integración establece el tratamiento necesario para la corriente disponible y sus consecuencias sobre la energía y los costes de operación.
Nuestra página sobre licuefacción de CO₂ explica con más detalle el proceso posterior.
Integrar la recuperación de CO₂ en su instalación
En una planta existente, la evaluación comienza con la corriente rica en CO₂ disponible y sus condiciones de operación. En un proyecto nuevo, estos datos pueden definirse con el proveedor del upgrading y el equipo de ingeniería.
Solveno evalúa y diseña la sección de recuperación de CO₂, incluidos los tratamientos necesarios y las conexiones con el proceso existente. Nuestros servicios de ingeniería apoyan esta integración.
Comparta con nosotros la tecnología de upgrading, el análisis disponible del gas residual, su caudal, presión y temperatura, junto con el uso previsto del CO₂. Podremos evaluar su idoneidad y los siguientes pasos hacia una recuperación con bajo consumo energético.
Referencias técnicas
Puede consultar información sobre las tecnologías y la distribución de contaminantes en Biogas upgrading – Technical Review de Energiforsk (2016), especialmente los capítulos sobre impurezas y secuencias de purificación, y en la revisión de tecnologías de upgrading de IEA Bioenergy Task 37. Estas referencias explican los principios de los procesos. El tratamiento necesario para cada instalación depende de sus condiciones reales.