ES2326029T3

ES2326029T3 - Procedimiento y dispositivo para separar amoniaco de liquidos.

Info

Publication number: ES2326029T3
Application number: ES03740122T
Authority: ES
Inventors: Torben A. Bonde
Original assignee: GFE Patent AS
Current assignee: GFE Patent AS
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2009-09-29
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: EP1528953B8; EP1528953B1; WO2004012840A3; WO2004012840A2; DK1528953T3; MY143253A; DE60326853D1; US7416644B2; CA2533546A1; US20060006055A1; AU2003281808A1; EP1528953A2; ATE426446T1; CA2533546C

Abstract

Un sistema que comprende un dispositivo separador para separar compuestos volátiles de un medio líquido, comprendiendo dicho dispositivo separador: a) una derivación en la que el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles puede desviarse de un fermentador o reactor de biogás, siendo dicha derivación en forma de una corriente lateral a dicho fermentador o reactor de biogás, b) bombas, válvulas y tuberías para desviar el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles a la derivación de dicho fermentador o reactor de biogás, y c) un dispositivo evaporador que comprende una muestra de líquido acuoso al que puede añadirse el calor obtenido de una fuente de calor externa, en el que una reducción de la presión en dicho evaporador a una primera presión inferior a una presión de referencia predeterminada genera vapor frío, y d) bombas, válvulas y tuberías para dirigir el vapor frío generado por el evaporador de la etapa c) a través de dicho medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles en la derivación del dispositivo separador a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, separándose así compuestos volátiles y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y e) un primer dispositivo de condensación, y f) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a la presión de referencia predeterminada al primer dispositivo de condensación, y condensar en una primera etapa de condensación en dicho primer dispositivo de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende dichos compuestos volátiles y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, y, g) una unidad separadora para separar compuestos volátiles a dicha presión de referencia predeterminada o a una segunda presión superior a dicha presión de referencia predeterminada, h) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles obtenidos en la etapa f) a la unidad separadora, y separar al menos parte de los compuestos volátiles de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles inyectando vapor acuoso caliente a dicha presión de referencia o a la segunda presión mayor, obteniéndose así un vapor caliente que comprende compuestos volátiles y líquido acuoso separado de al menos parte de dichos compuestos volátiles, i) un segundo dispositivo de condensación, y j) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles a un segundo dispositivo de condensación y condensar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un condensado que comprende compuestos volátiles, en el que el vapor frío es vapor generado a una temperatura inferior a 100ºC y a una presión inferior a 1 bar, y el vapor caliente es vapor generado a una presión de 1 bar o más.

Description

Procedimiento y dispositivo para separar amoniaco de líquidos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para separar compuestos volátiles tales como amoniaco de líquidos poniendo en contacto dichos líquidos con vapor frío, es decir, vapor a baja presión o a vacío, a un sistema que comprende una derivación y un dispositivo separador en el que el amoniaco se separa del medio líquido que comprende amoniaco, a una unidad móvil que comprende un sistema tal y a una planta en la que un medio líquido que comprende amoniaco se genera durante, por ejemplo, durante la fermentación comprendiendo dicha planta dicho sistema para separar amoniaco del líquido. Los líquidos que comprenden amoniaco generados durante la operación de, por ejemplo, plantas de biogás pueden ser manipulados por el sistema.

Antecedentes de la invención

Las plantas industriales para la producción de azúcares, alcoholes, enzimas industriales, medicamentos y similares, además de diferentes plantas energéticas para la producción de energía renovable a partir de biomasa, se basan normalmente en la actividad de microorganismos en condiciones tanto aerobias como anaerobias en tanques de procesos. Ejemplos son la producción de insulina y bebidas mediante levadura en condiciones anaerobias en tanques de fermentación en los que el sustrato es malta o melaza, o un producto vegetal agrícola similar rico en carbohidratos.

El tratamiento de residuos es otra área ampliamente aceptada como una tecnología probada y extensamente usada. También, en este caso, microorganismos en tanques de procesos aerobios/anaerobios digieren los residuos. Sin embargo, no sólo se tratan residuos de aguas negras municipales, sino que también se tratan diversos residuos industriales y agrícolas diferentes por medios microbiológicos.

La actividad microbiana se basa en la cinética de crecimiento de los diferentes grupos de microorganismos implicados y de la actividad de varias enzimas específicas necesarias para realizar los procesos bioquímicos. El resultado global de los procesos es el crecimiento microbiano, el consumo de sustrato y la formación de productos. Sin embargo, las enzimas y los microorganismos pueden ser inhibidos por los productos principales o productos secundarios que se acumulan en el tanque de proceso o cualquier otra sustancia resultante de las transformaciones microbianas del sustrato. También, las sustancias en la biomasa o el propio sustrato pueden dificultar el rendimiento óptimo del bioreactor. Tal inhibición puede conducir a una actividad microbiana sustancialmente inferior y, por tanto, a una producción sustancialmente inferior y quizás a una interrupción completa del proceso microbiano si las sustancias inhibidoras no se controlan cuidadosamente.

Tales riesgos se evitan o se controlan normalmente controlando la carga del sustrato o la velocidad de carga orgánica, estableciéndose la velocidad para garantizar una concentración del componente crítico por debajo de niveles inaceptables para el procedimiento. Otros parámetros de procedimiento tales como la temperatura, el pH, la salinidad, la composición del medio y los consorcios microbianos empleados también pueden seleccionarse según los óptimos del procedimiento. Sin embargo, el controlar la velocidad de carga orgánica a bajas entradas a los bioreactores da como resultado inevitablemente una baja formación de productos y un escaso rendimiento del procedimiento en general. El control de los otros parámetros de procedimiento tales como la temperatura y el pH sólo compensa en parte la inhibición por la sustancia o sustancias inhibidoras. Un control directo de la sustancia inhibidora a niveles subcríticos para el procedimiento es con mucho el control más eficaz, si es posible.

Frecuentemente se desea eliminar componentes volátiles de tanques de procesos microbianos durante la operación continuada del procedimiento, es decir, la sustancia inhibidora se elimina continuamente del procedimiento y los microorganismos permanecen sin afectar.

Generalmente, los componentes volátiles pueden separarse de un líquido mediante separación por aire o separación por vapor tal como, por ejemplo, separación por vapor de amoniaco de disoluciones acuosas, o por ejemplo separación por vapor de metanol.

Los procedimientos y sistemas para separar por vapor componentes volátiles de líquidos comprenden etapas y medios para producir un vapor de componentes volátiles, tales como amoniaco, del líquido. Normalmente, el medio de evaporación requiere energía de un medio de calentamiento adecuado, normalmente un medio de calentamiento de alto poder tal como, por ejemplo, electricidad o combustible, mientras que los medios de calentamiento in situ disponibles frecuentemente son medios de calentamiento de bajo poder tales como medios de refrigeración que, por el contrario, comprenden calor residual de, por ejemplo, la combustión de gases de residuos orgánicos en un motor.

Para la eliminación eficaz de componentes volátiles de líquidos a presión atmosférica se requieren grandes cantidades de vapor o calor. Por consiguiente, el aparato típico de separación por vapor comprende grandes componentes que consumen mucha energía y caros que no son aptos para pequeños sistemas de tratamiento líquido in situ tales como el sistema para el tratamiento de líquidos de estiércol en granjas de animales.

Las patentes de EE.UU. US 5 385 646, US 5 498 317, US 5 643 420 y US 5 779 861 divulgan un aparato y un procedimiento para tratar un condensado de procedimiento de una planta de producción química en la que los contaminantes se eliminan sustancialmente de un condensado por separación por vapor y posterior rectificación en una torre de separación/rectificación a presión relativamente baja. Una parte de la cabeza condensada y de los contaminantes que contienen líquido acuoso de lavado se devuelve a la cabeza de la sección de rectificación de la torre como reflujo y el equilibrio se extrae como un vapor concentrado.

El documento DE 43 24 410 C1 divulga un procedimiento para eliminar amoniaco de líquido acuoso residual de un planta de tratamiento de residuos biológicos, estando el procedimiento constituido por un procedimiento de dos etapas: una primera etapa que comprende separar el amoniaco del líquido acuoso residual por vapor a presión atmosférica, condensar dicho vapor que comprende amoniaco separado y producir calor de condensación para producir dicho vapor; y una segunda etapa que comprende rectificar dicho vapor condensado que comprende amoniaco a al menos el 20% en peso de amoniaco acuoso, llevándose a cabo ventajosamente dicha segunda etapa a una presión superior a la presión atmosférica.

Resumen de la invención

Existe la necesidad de un procedimiento mejorado y un aparato para la separación de componentes volátiles de un líquido cuyo procedimiento y aparato sea de operación sencilla y económica permitiendo que se usen medios de calentamiento de bajo poder y cuyo procedimiento y aparato evite componentes grandes que consuman mucha energía y caros.

La presente invención aspira a eliminar componentes volátiles no deseables o inhibidores de tanques de procesos microbianos durante la operación continuada del procedimiento. La sustancia inhibidora se elimina continuamente y el procedimiento y los microorganismos quedan sin afectar.

Aunque la digestión anaerobia de residuos agrícolas tales como estiércoles animales está muy establecida, la digestión de purín de cerdo es difícil debido a un alto contenido de amoniaco en el estiércol y a un contenido relativamente pequeño de sólidos. Los sólidos están constituidos por carbohidratos complejos que principalmente incluyen pequeñas cantidades de proteínas y grasas.

La inhibición por el amoniaco es sustancial a contenidos superiores a aproximadamente 1 kg de N de amoniaco libre por tonelada de purín de cerdo, siendo el N de amoniaco libre NH_{3} (s) y no el ion de amoniaco disuelto NH_{4}^{+} (s). La concentración de amoniaco gaseoso NH_{3} (g) es en circunstancias normales mucho más baja que la concentración de NH_{3} (s). La concentración de amoniaco libre es una función de la temperatura y el pH. Por ejemplo, a un contenido de N total de 6 kg por tonelada de purín de cerdo, la concentración de amoniaco libre a pH 8 es aproximadamente 0,75 kg/tonelada a 37ºC, 1,4 kg/tonelada a 45ºC, 1,6 kg/tonelada a 55ºC y 2,6 kg/tonelada a 60ºC (por ejemplo, Hansen K. V. I. Angelidaki, B. K. Ahring (1998) Anaerobic digestion of swine manure: Inhibition by ammonia. Aqueous liquid Research 32. 5-12).

Por tanto, el purín de cerdo en sistemas convencionales se mezcla frecuentemente con purín de ganado u otras biomasas ricas en carbohidratos para lograr una mezcla de biomasas que es más fácil de digerir. La temperatura de operación también se establece frecuentemente a temperaturas mesófilas de aproximadamente 45ºC o inferiores a las que el contenido de amoniaco libre es relativamente bajo. Sin embargo, la eficiencia de tales esquemas es relativamente baja.

Se conseguiría una eficiencia mucho mayor si el contenido de amoniaco se monitorizara y se controlara eliminando continuamente el amoniaco por encima de un cierto valor umbral. Esto permitiría que el procedimiento se ejecutase a temperaturas termófilas de aproximadamente 60ºC, a las que la actividad microbiana es mucho mayor.

Como regla general, la actividad microbiana se duplica para cada aumento de 10º de la temperatura. Si pudiera controlarse el amoniaco, se preferiría que las plantas de biogás operaran a aproximadamente 60ºC (por ejemplo, Ahring B. K. A. A. Ibrahim, Z. Mladenovska (2001) Effect of temperature increases from 55 to 65ºC on performance and microbial population dynamics of an anaerobic reactor treating cattle manure. Aqueous liquid Research 35. 2446-2452).

Varias plantas de biogás digieren conjuntamente estiércoles animales y residuos industriales u otras biomasas con el fin de conseguir una producción de biogás que hace que la iniciativa sea económica en términos de plazos de amortización razonables e ingresos. En general no es posible llegar a una economía saneada para plantas que sólo digieren estiércoles animales y, por tanto, es necesaria la adición de biomasas complementarias. Sin embargo, varias biomasas de origen agrícola contienen grandes cantidades de proteínas o amoniaco y, por tanto, estos sustratos son difíciles de digerir conjuntamente con estiércoles animales en cualquier cantidad significativa. Tales biomasas incluyen subproductos animales tales como harina de carnes y huesos, proteínas vegetales, además de melaza y vinaza y productos similares.

Un subproducto animal particularmente interesante es la harina de carnes y huesos. La harina de carnes y huesos contiene entre el 55-60% de proteína, el 7-14% de lípidos y el 2-5% de líquido acuoso, por lo que aproximadamente el 9% de la harina de carnes y huesos es nitrógeno. Por tanto, una tonelada de harina de carnes y huesos contiene aproximadamente 90 kg de N.

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Un contenido de N típico en estiércol animal es aproximadamente 6 kg de N por tonelada de purín y el contenido crítico es 4-6 kg de N por tonelada. Cantidades superiores conducen inevitablemente a la interrupción del procedimiento, que ya se dificulta a los 6 kg de N por tonelada. La adición de, por ejemplo, 5% de harina de carnes y huesos añadiría 4,5 kg de N por tonelada de purín y hasta ahora sólo ha sido posible añadir muy pequeños porcentajes de aproximadamente el 2,5% de harina de carnes y huesos a purines de animales que van a digerirse en plantas de biogás. Sin embargo, mediante la eliminación continua del amoniaco liberado como se divulga por la presente invención es posible añadir, por ejemplo, una cantidad de 10 veces del 25% de harina de carnes y huesos y, por tanto, beneficiarse del potencial del biogás de la harina de carnes y huesos, a la vez que el amoniaco se concentra en una fracción separada muy adecuada como fertilizante.

Aún cuando el contenido de amoniaco de un sustrato particular también pueda eliminarse antes de desgasificarse en el reactor de biogás, los sustratos con alto contenido de proteínas liberan su contenido de nitrógeno como amoniaco dentro del bioreactor durante la digestión y, por tanto, durante la formación de metano a partir del sustrato. Por tanto, no siempre es suficiente una eliminación previa al bioreactor de amoniaco a partir de los sustratos que comprenden N que incluyen proteínas. Sin embargo, la presente invención permite una eliminación continua del amoniaco generado durante la fermentación dentro del bioreactor. Cualquier contenido de amoniaco ya presente en el afluente también puede eliminarse mediante el procedimiento y sistema de la invención.

La invención se define en las reivindicaciones independientes.

La presente invención se refiere a separar compuestos volátiles de un medio líquido tal como amoniaco del medio líquido que comprende amoniaco o precursores del mismo, por ejemplo líquidos en reactores de biogás. Parte del amoniaco se separa del líquido en un sistema separador que comprende una derivación por la que el líquido tal como, por ejemplo, el medio de fermentación que comprende una biomasa puede desviarse en forma de una corriente lateral en contacto líquido con un fermentador(es) principal. El sistema separador está conectado a un evaporador. En el evaporador, el líquido acuoso se calienta a una presión inferior a la presión atmosférica por lo que el vapor se desarrolla a una temperatura inferior a 100ºC.

El vapor del evaporador se dirige al medio líquido que comprende amoniaco y esto da como resultado que el amoniaco se separe del líquido y se transfiera a la fase vapor. La fase vapor se condensa en un primer condensador a baja presión, por ejemplo una presión inferior a 1 bar, tal como una presión inferior a 0,5 bar, y el líquido así obtenido puede tratarse adicionalmente en una unidad separadora a una alta presión tal como, por ejemplo, una presión a o superior a 1 bar, pero preferentemente inferior a 5 bar, dando dicho tratamiento como resultado la generación de un amoniaco más concentrado que comprende fluido o líquido. Cuando se ha separado al menos una parte sustancial del amoniaco, el líquido inicialmente obtenido del reactor de biogás y desviado a la derivación puede devolverse al reactor.

Definiciones

Vapor frío significa vapor a una temperatura inferior a 100ºC y a una presión inferior a 1 bar. Como ejemplo, el vapor frío puede generarse, por ejemplo, calentando líquido acuoso hasta aproximadamente 50-80ºC y reduciendo la presión sobre la superficie del líquido acuoso hasta 0,1 a 0,3 bar, por lo cual se obtiene un vapor.

Vapor caliente significa vapor generado a una presión de 1 bar o más.

NH_{3} (g) significa NH_{3} en fase gaseosa

NH_{3} (s) significa NH_{3} en fase soluble (líquida)

NH_{4}^{+} (s) significa NH_{4}^{+} en fase soluble (líquida).

Separación por vapor significa separar compuestos volátiles de un medio dirigiendo el vapor a través del medio.

Una derivación es un dispositivo al que pueden derivarse los líquidos de fermentación/reactor y en la que los compuestos volátiles comprendidos en dichos líquidos pueden separarse usando vapor frío, es decir, vapor a una temperatura inferior a 100ºC y a presión inferior a la presión de referencia predeterminada tal como, por ejemplo, 1 bar.

Una unidad separadora es un dispositivo en el que los compuestos volátiles pueden separarse de un líquido a una presión a o superior a una presión de referencia predeterminada tal como, por ejemplo, 1 bar.

Descripción detallada de los dibujos

La fig. 1 ilustra el dispositivo separador y las etapas de procedimiento principales según una realización preferida de la invención. La figura ilustra un reactor de biogás (R), una derivación (S), un evaporador (E), una unidad separadora (K3), un primer dispositivo de condensación (K1), un dispositivo de condensación opcional adicional (K2) y un segundo dispositivo de condensación (K4). Cuando K2 no está presente, el primer medio líquido condensado se desvía directamente a la unidad separadora (K3).

La fig. 2 ilustra otra realización del dispositivo separador de la invención. En esta realización, la invención puede explotarse como una unidad móvil.

La fig. 3 ilustra una realización preferida de la derivación, la unidad separadora y dispositivo(s) de condensación asociado(s) de la presente invención.

La fig. 4 ilustra posibles rutas para integrar la derivación, la unidad separadora y los dispositivo(s) de condensación asociado(s) de la presente invención con uno o más fermentadores o reactor(es) de biogás que forman parte de una planta para procesar material orgánico.

Las fig. 5 y 6 en conjunción ilustran las unidades de otra planta para procesar material orgánico. En este caso también es posible integrar la derivación, la unidad separadora y el (los) dispositivo(s) de condensación asociado(s) de la presente invención con uno o más fermentadores o reactor(es) de biogás que forman parte de una planta para procesar material orgánico.

La fig. 7 es una ilustración de un diagrama de flujo que representa una simplificación de la derivación y la planta de procesamiento conectada según la invención y procedimientos referentes a la misma.

Descripción detallada de la invención

Las siguientes secciones divulgan en más detalle realizaciones preferidas de la presente invención que se refieren a un sistema que comprende una derivación y dispositivo(s) separador(es) para separar compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco de un líquido que comprende tales compuestos volátiles. El sistema y/o los procedimientos de la presente invención como se definen en las reivindicaciones pueden usarse para:

Eliminar o reducir la emisión al entorno de polvo, organismos microbianos, amoniaco, aire contaminado, líquido o cualquier otra constitución dentro del sistema, especialmente de casas de animales. Esto requeriría la integración de la invención con un sistema que comprende casas de animales, biogás y refinado de nutrientes.

Mejorar la utilización de la energía contenida en una biomasa que incluye material orgánico.

Mejorar la producción de biogás que comprende gas metano y gas que lleva metano. Dicho gas puede almacenarse en un tanque localmente y/o puede desviarse a una red comercial de gas de distribución y/o incinerarse en un motor generador de gas para producir electricidad y calor.

Obtener fracciones separadas de N (nitrógeno), P (fósforo) y posiblemente K (potasio) a partir de materiales orgánicos. Dichas fracciones son de valor comercial y pueden utilizarse como fertilizantes para fertilizar cultivos agrícolas y hortícolas. Las fracciones separadas de P y K pueden aislarse a partir del resto de los materiales orgánicos sometidos a la fermentación anaerobia. El resto en forma de una suspensión que comprende sólidos y líquidos se desvía preferentemente a al menos una centrífuga decantadora para separar sólidos y fluidos. Un resultado de esta separación es una fracción al menos semisólida que comprende preferentemente casi exclusivamente P (fósforo), o una fracción al menos semisólida que comprende preferentemente del 2 al 10% (peso/peso) de P. En la misma etapa, o en otra etapa de separación en centrífuga decantadora, también puede obtenerse preferentemente una fracción líquida que comprende preferentemente casi exclusivamente K (potasio), o una fracción líquida que comprende preferentemente aproximadamente del 5 al 15% (peso/peso) de K. Estas fracciones, preferentemente en forma de gránulos obtenidos después de una etapa de secado, que incluye una etapa de secado por pulverización o una etapa de secado en suspensión, comprenden P y/o K en purezas comercialmente aceptables que pueden usarse fácilmente para fertilizantes comerciales. Tales fertilizantes pueden esparcirse sobre cultivos o campos agrícolas. Los líquidos resultantes de la(s) etapa(s) de separación en centrífuga decantadora, tales como el agua de desechos, también pueden desviarse a campos agrícolas, puede desviarse de nuevo a, por ejemplo, un establo o casa de animal, o a un sistema de tratamiento de
aguas negras.

Obtener una mejora del bienestar del animal y una mejora de la higiene en establos de animales y de acuerdo con la salida de dichos establos de animales, comprendiendo dicha salida estiércol, purín y animales que van a sacrificarse. Los animales limpios reducen el riesgo de infección de la carne cuando los animales se sacrifican. El procesamiento de los residuos de animales por medio de la invención en plantas de biogás y de refinado de nutrientes también reduce el riesgo de propagación de organismos virales y microbianos y patógenos al entorno.

Obtener un procedimiento para convertir los cuerpos de animales muertos o fracciones de los mismos, la harina de carnes y huesos o cualquier otro producto alimenticio de animales disponibles para desecharlos al campo agrícola en forma de fertilizantes refinados y, por tanto, para beneficiarse de los micro y macronutrientes en los productos alimenticios animales en la producción de plantas agrícolas u hortícolas.

Principio de trabajo de la invención

Los microorganismos anaerobios son bacterias anaerobias estrictas y, por tanto, no son posibles los sistemas de separación de amoniaco convencionales que usan, por ejemplo, aire atmosférico. La separación con gases inertes no es muy eficiente o económicamente viable. Asimismo, no es aceptable aplicar separación por vapor convencional porque la temperatura mataría los organismos microbianos importantes. Por tanto, la solución proporcionada por la invención se basa en vapor frío y vacío porque los microorganismos son tolerantes a presiones incluso muy bajas.

Una etapa de la etapa de procedimiento de la invención implica un primer dispositivo de condensación (K1). Esta etapa genera un primer líquido acuoso condensado y un vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación. El primer dispositivo de condensación opera a una baja presión inferior a dicha presión de referencia predeterminada, preferentemente una presión de referencia de 1 bar. El vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación se desvía opcionalmente en una etapa de procedimiento adicional a un dispositivo de condensación adicional (K2) a una presión inferior a la presión de referencia predeterminada. El objetivo es eliminar una parte sustancial de los compuestos volátiles restantes tales como, por ejemplo, amoniaco de dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación. El objetivo se logra incluyendo una etapa de lavado usando una contracorriente de líquido acuoso, obteniendo una fracción líquida acuosa que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco y opcionalmente vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional.

Una etapa de procedimiento adicional comprende desviar dicho primer líquido acuoso condensado de K1, y opcionalmente también dicha fracción líquida acuosa de K2, que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco del primer dispositivo de condensación, y opcionalmente también del dispositivo de condensación adicional, respectivamente, a dicha unidad separadora (K3), en la que dicho(s) condensado(s) se separan de los compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco calentando a una segunda presión que es superior a la primera presión, preferentemente una presión de 1 bar o más, y obtener un compuesto volátil caliente tal como, por ejemplo, vapor que comprende amoniaco y líquido acuoso separado de una parte sustancial de los compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco.

La segunda presión mayor se obtiene calentando el medio líquido que comprende la fracción líquida acuosa de K2 que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco y/o el primer medio líquido acuoso condensado de K1 que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en la unidad separadora K3 a una temperatura superior a 100ºC, tal como superior a 105ºC, por ejemplo superior a 110ºC, tal como superior a 115ºC, por ejemplo superior a 120ºC, tal como superior a 125ºC, por ejemplo superior a 130ºC, tal como superior a 135ºC, por ejemplo superior a 140ºC, tal como superior a 145ºC, por ejemplo superior a 150ºC, tal como superior a 155ºC, por ejemplo superior a 160ºC, tal como superior a 165ºC, por ejemplo superior a 170ºC, tal como superior a 175ºC, por ejemplo superior a 180ºC, tal como superior a 190ºC, por ejemplo superior a 200ºC, y preferentemente inferior a 250ºC.

En una realización preferida, un volumen de líquido de bioreactor que comprende biomasa activa del bioreactor se bombea a la derivación (S) como se menciona anteriormente en este documento, en la que el vapor frío a una temperatura de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 65ºC, tal como de aproximadamente 55ºC a aproximadamente 65ºC, por ejemplo de aproximadamente 60ºC a aproximadamente 65ºC, tal como de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 60ºC, por ejemplo de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 55ºC, tal como de aproximadamente 55ºC a aproximadamente 60ºC, por ejemplo de aproximadamente 57ºC a aproximadamente 62ºC, tal como aproximadamente 60ºC, se desvía a la derivación mantenida a vacío de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,4 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,1 bar a aproximadamente 0,4 bar, tal como de aproximadamente 0,15 bar a aproximadamente 0,4 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,2 bar a aproximadamente 0,4 bar, tal como de aproximadamente 0,25 bar a aproximadamente 0,4 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,30 bar a aproximadamente 0,4 bar, tal como de aproximadamente 0,35 bar a aproximadamente 0,4 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,35 bar, tal como de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,3 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,25 bar, tal como de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,2 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,15 bar, tal como de aproximadamente 0,05 bar a aproximadamente 0,1 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,1 bar a aproximadamente 0,15 bar, tal como de aproximadamente 0,15 bar a aproximadamente 0,2 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,2 bar a aproximadamente 0,25 bar, tal como de aproximadamente 0,25 bar a aproximadamente 0,3 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,3 bar a aproximadamente 0,35 bar, tal como de aproximadamente 0,35 bar a aproximadamente 0,4 bar, dependiendo de la temperatura de funcionamiento del bioreactor.

El vapor frío obtenido en el evaporador (E) se dirige a través del medio líquido que comprende la biomasa activa a la derivación (S) que está equipada con difusores. Mientras se pone en contacto con el reactor líquido que comprende una biomasa, el vapor separa compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco.

El vapor generado/vapor que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco comprende preferentemente aproximadamente el 1-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 2-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 3-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 4-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 5-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 5-9% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 5-8% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 5-7% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 6-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 7-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 8-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 9-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 1-9% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 1-8% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 1-7% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 1-6% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 1-5% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 1-4% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 1-3% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 1-2% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 2-4% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 4-6% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 6-8% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 8-10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 2-3% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 3-4% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 4-5% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 5-6% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 6-7% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, por ejemplo el 7-8% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, tal como el 8-9% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco, y este vapor se condensa posteriormente a una primera presión baja (en K1) y adicionalmente se concentra (se separa) a una segunda presión mayor (en K3) para lograr preferentemente una disolución de nada menos que el 25% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso tal como, por ejemplo, el 22% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 20% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 18% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 16% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 14% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 12% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 10% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, por ejemplo el 8% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso, y preferentemente una disolución de más del 5% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en líquido acuoso.

La concentración diana de, por ejemplo, amoniaco en el reactor de biogás es aproximadamente 3 kg de N por tonelada, o menos, tal como aproximadamente 2,9 kg de N por tonelada, por ejemplo 2,8 kg de N por tonelada, tal como aproximadamente 2,7 kg de N por tonelada, por ejemplo 2,6 kg de N por tonelada tal como aproximadamente 2,5 kg de N por tonelada, por ejemplo 2,4 kg de N por tonelada tal como aproximadamente 2,3 kg de N por tonelada, por ejemplo 2,2 kg de N por tonelada, tal como aproximadamente 2,1 kg de N por tonelada, por ejemplo 2,0 kg de N por tonelada, tal como aproximadamente 1,9 kg de N por tonelada, por ejemplo 1,8 kg de N por tonelada, tal como aproximadamente 1,7 kg de N por tonelada, por ejemplo 1,6 kg de N por tonelada, tal como aproximadamente 1,5 kg de N por tonelada.

Esta concentración diana se establece basándose en dos consideraciones. En primer lugar, la inhibición del amoniaco se libera incluso a temperaturas de funcionamiento de 60ºC en el bioreactor. En segundo lugar, es energéticamente más fácil separar el "máximo" N de 3 kg hasta, por ejemplo, 1,5 kg de N que una separación completa hasta quizás 10 ppm de amoniaco. Esto también deja algo de N restante en el bioreactor para el metabolismo de los microorganismos.

Ventajas asociadas a la invención

Usando esta invención se logran varias ventajas:

1.: La concentración de amoniaco de bioreactores activos está controlada y se hace posible la digestión conjunta de residuos ricos en N tales como subproductos de animales que contienen N, que incluyen harina de carnes y huesos, con estiércoles animales.

2.: El amoniaco se elimina de la biomasa y se produce un fertilizante de N puro de valor comercial.

3.: Resultó ser sorprendente que proporcionando un procedimiento de separación de dos etapas es necesaria una cantidad de energía relativamente baja (vapor). Como se explica en detalle anteriormente en este documento, puede usarse un medio de calentamiento de bajo poder, tal como calor residual, para proporcionar el vapor frío. La primera etapa de separación comprende separar compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco de la biomasa activa a presión reducida (preferentemente por ejemplo 0,1 a 0,2 bar) inferior a una presión de referencia predeterminada (preferentemente por ejemplo 1,0 a 2,5 bar, más preferentemente 1,0 bar), en la que el vapor/compuestos volátiles tales como, por ejemplo, vapor de amoniaco (que normalmente comprende aproximadamente el 4-6% de amoniaco) puede condensarse posteriormente a dicha baja presión en un primer dispositivo de condensación (K1), y opcionalmente también en un segundo dispositivo de condensación (K2) condensándose el compuesto volátil frío o el vapor de amoniaco no condensado en el primer dispositivo de condensación.

La segunda etapa de separación comprende separar compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco de dicho líquido condensado obtenido de la primera etapa de separación. La segunda etapa de separación se lleva a cabo inyectando vapor acuoso caliente en la unidad separadora (K3) generándose así una presión a o superior a la presión de referencia predeterminada en la unidad separadora. La separación da como resultado en último lugar la condensación del vapor caliente que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco generándose así un condensado que comprende nada menos que aproximadamente el 25% de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en una disolución de líquido acuoso.

El condensado obtenido de la primera etapa de separación (es decir, condensado obtenido en K2) puede desviarse preferentemente a un tanque de almacenamiento en el que el pH del condensado puede ajustarse antes de que el condensado se separe del amoniaco en la segunda etapa de separación. Después del ajuste de pH, el valor de pH del condensado es preferentemente 9 o más, tal como 9,5, por ejemplo 10.

4.: El sistema divulgado también hace posible controlar la temperatura en los reactores de biogás. Si el vacío de la derivación se establece algo inferior a la presión de vapor de la biomasa activa, se producirá una evaporación neta de la biomasa, reduciéndose así la temperatura de la biomasa activa (que va a devolverse al bioreactor). Por otra parte, si el vacío de la derivación se establece algo superior a la presión de vapor de la biomasa activa, se producirá una condensación neta, aumentándose así la temperatura de la biomasa (que va a devolverse al bioreactor).

5.: La baja presión (y, por tanto, el vapor frío como se define en este documento) proporciona la mayor eficiencia de separación por kg de vapor.

6.: La invención proporciona un intercambiador de calor eficiente y económico entre el agua residual caliente o el líquido acuoso y la suspensión o la biomasa muy poco homogénea. Por tanto, es posible sustituir intercambiadores de calor de placas mecánicos, que son caros y difíciles de manipular debido a la formación de cascarilla y el ensuciamiento de las placas de intercambio de calor. La formación de cascarilla resulta de la precipitación de, por ejemplo, carbonatos cálcicos o estruvita, mientras que el ensuciamiento se produce frecuentemente por la adsorción de proteínas a las placas.

Si el procedimiento implica un intercambiador de calor entre el purín en un tanque de purines y agua residual o líquido acuoso, la presión en el tanque de purines es preferentemente superior a la presión de vapor del purín, pero inferior a la del vapor en el generador de vapor. En este caso, el vapor frío generado se condensará eficazmente en el purín y, por tanto, liberará el calor al purín.

El agua residual o el líquido acuoso para la producción de vapor frío puede ser líquido acuoso sin tratar que comprende, por ejemplo, sales, sólidos en suspensión, materia seca, etc. No es necesario depurar el agua residual o el líquido acuoso antes de la producción de vapor a partir del residuo. El vapor frío generado a partir de, por ejemplo, un agua residual tal se dirige a través del medio líquido que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco dentro de la derivación del dispositivo separador. El vapor frío producido en, por ejemplo, un evaporador entra en la derivación del dispositivo separador por difusores localizados dentro de la derivación.

Los intercambiadores de calor del sistema descrito anteriormente en este documento son baratos de fabricar y operar.

Sistema que comprende un dispositivo separador para separar compuestos volátiles

En un aspecto de la invención se proporciona un sistema como se define en la reivindicación 1 que comprende un dispositivo separador que comprende una derivación. Las aplicaciones del mismo para separar amoniaco se describen en este documento.

Una corriente lateral se desvía de un bioreactor activo a la derivación en la que una parte sustancial del contenido de amoniaco se elimina antes de que la corriente lateral se desvíe de nuevo al bioreactor. Esto se ilustra en la fig. 1. El amoniaco se elimina hasta el punto de que se permita que el bioreactor opere eficientemente.

Una segunda aplicación principal es en la que el dispositivo separador según la presente invención se usa para un fin de separación final (tal como, por ejemplo, se ilustra en la fig. 6, componente 2, "separador 2"). En esta aplicación, un líquido tal como, por ejemplo, agua de desechos resultante de la centrifugación en decantador se purifica del amoniaco, es decir, se separa hasta concentraciones muy bajas inferiores a, por ejemplo, 200 ppm, tal como inferiores a 100 ppm, por ejemplo inferiores a 50 ppm o incluso 10 ppm, antes de que el líquido se reutilice o se deseche. En este caso, el líquido no se deriva preferentemente de nuevo a un bioreactor o cualquier otro tanque de proceso, sino que simplemente se purifica hasta tal punto que permita reutilizar o desechar finalmente el líquido.

En éste último caso se usa una unidad separadora modificada en la que el vapor frío pasa a una columna con material de filtración de relleno grueso sobre el cual se permite que el líquido percole en una contracorriente contra el vapor. Esto es necesario para lograr la eficiencia de separación requerida para alcanzar los bajos niveles de amoniaco, es decir, inferiores a, por ejemplo, 50 ppm.

Como alternativa a una columna con material de filtración de relleno grueso puede aplicarse una columna de lecho fluidizado. Un ejemplo de una columna tal se divulga en el documento US 5.588.986 incorporado en este documento por referencia.

Normalmente, el dispositivo de separación comprende una columna separadora cuyas características se han diseñado según procedimientos conocidos en la técnica que incluyen, pero no se limitan a, diseños basados en el paquete de diseño de software comercial Hyses^{TM}. Normalmente se prefiere usar columnas de separación que tienen 8-12 platos teóricos. Una construcción práctica de una columna de separación tal, que incluye el diseño de platos de columna, conductos entre platos, selección de materiales de relleno de la columna, etc., es conocida para un experto en la materia. Las columnas de separación comerciales están generalmente disponibles de proveedores de ingeniería química. Los restantes componentes del sistema de aplicación del separador final son similares a la aplicación de derivación.

El dispositivo separador K3 puede construirse para imitar una columna de separación convencional en la que la separación se realiza por medio de una contracorriente de vapor contra una corriente de líquido de percolación.

Sin embargo, debe diseñarse para permitir separar amoniaco de un líquido denso o viscoso con un alto contenido de materia seca del 10-50%, normalmente entre el 10-20%, es decir, un líquido típico de un bioreactor activo.

La columna no se prepara cargándola con material de filtración, sino que se construye con varios platos horizontales con pequeños orificios y una abertura para el movimiento hacia abajo del líquido de un plato al siguiente plato. Los platos están colocados a distancias regulares por toda la columna.

Los orificios en los platos deben permitir que el vapor frío pase a través de los platos y, por tanto, el líquido denso se separe del amoniaco. Al mismo tiempo, el vapor debe mantener el líquido y la materia seca en suspensión de manera que se evite la sedimentación de material sobre los platos.

El número de orificios, platos y la cantidad de vapor debe ajustarse para lograr la alta eficiencia de separación.

En otro aspecto se proporciona un sistema para reducir la concentración de compuestos volátiles en un líquido. Ejemplos de compuestos volátiles incluyen cualquier compuesto que puede separarse de un medio líquido por separación por vapor/calentamiento, opcionalmente separación por vapor/calentamiento a presión reducida (es decir, inferior a 1 bar), y posteriormente recogerse por condensación del vapor/vapor generado como resultado del procedimiento de separación/calentamiento. Un ejemplo de un compuesto volátil es amoniaco. Otro ejemplo de compuestos volátiles es aminas. Los sistemas según la invención pueden diseñarse para separar uno o más compuestos volátiles presentes en un medio líquido. En una realización preferida, el sistema se diseña para separar amoniaco de un líquido
acuoso.

El sistema según la invención se define en la reivindicación 1 y comprende características técnicas necesarias para llevar a cabo los procedimientos de la invención como se divulgan en este documento.

En una realización se proporciona un sistema que comprende un dispositivo separador, comprendiendo dicho dispositivo separador

a): una derivación (S) para separar compuestos volátiles de un medio líquido en la que el medio líquido derivado está en contacto líquido con una planta de procesamiento tal como, por ejemplo, un fermentador o un reactor de biogás,

b): una fuente de calor, por ejemplo, líquido acuoso caliente, derivada a un evaporador (E) para producir vapor frío que va a desviarse a la derivación (S),

c): al menos un dispositivo de condensación (K1 y opcionalmente K2) para condensar - preferentemente a una presión inferior a 1 bar - compuestos volátiles separados del medio líquido comprendido en la derivación (S),

d): una unidad separadora (K3) para separar mediante inyección de vapor caliente-preferentemente separar a una presión a o superior a 1 bar-compuestos volátiles de un condensado generado por dicho al menos un dispositivo de condensación, y

e): opcionalmente un segundo dispositivo de condensación (K4) para condensar compuestos volátiles separados de la unidad separadora, y

f): válvulas, tuberías y, según sea necesario, bombas para conectar la derivación a la fuente de calentamiento, al (a los) dispositivo(s) de condensación y a la unidad separadora.

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Los condensados obtenidos con la presente invención se obtienen como resultado de refrigerar vapor/vapor y no mediante compresión.

La derivación comprende preferentemente un compartimento de entrada en forma de una unidad predesgasificadora que puede regular la composición del vapor frío que se desvía al (a los) dispositivo(s) de condensación. La biomasa entra en la unidad predesgasificadora mediante una pluralidad de boquillas de pulverización que pueden distribuir la biomasa a las superficies de las placas contra salpicaduras.

Se prefiere que el amoniaco se desvíe principalmente al (a los) dispositivo(s) de condensación. Por consiguiente, la unidad desgasificadora desvía preferentemente gases tales como metano, dióxido de carbono y disulfuro de hidrogeno a un lavador de aire mientras que el amoniaco se desvía de la unidad predesgasificadora a la derivación. El gas que comprende metano puede desviarse posteriormente a un motor de gas con el fin de producir electricidad y calentamiento.

La presión en la unidad desgasificadora depende de la temperatura del material orgánico que se desvía a la unidad predesgasificadora. Para una temperatura dada, la presión en la unidad predesgasificadora será superior a la presión a la que hierve el agua a la temperatura seleccionada. Normalmente, la presión estará en el intervalo de 0,15 a 0,30 bar. La temperatura en la unidad predesgasificadora será superior al punto de ebullición del vapor acuoso saturado a la presión en cuestión.

El motivo para la selección de una presión superior a la presión a la que hierve el agua a una temperatura dada es con el fin de evitar que el agua y el amoniaco se evaporen en la unidad predesgasificadora. También, la presión debe ser lo suficientemente alta para retener el bicarbonato en la fase líquida. La retención del bicarbonato reduce la cantidad de dióxido de carbono producido.

La presión en la unidad predesgasificadora se proporciona preferentemente por una bomba de anillo líquido o una soplante de cápsula. La unidad predesgasificadora comprende preferentemente placas contra salpicaduras para garantizar una exposición suficiente de los líquidos de manera que los gases puedan generarse.

El volumen de la unidad predesgasificadora debe ser suficiente para garantizar que los gases puedan generarse y extraerse dentro de un tiempo adecuado, preferentemente inferior a aproximadamente 10 segundos.

De la unidad predesgasificadora, la biomasa líquida entra en la derivación por medio de una bomba de flujo de discos o una bomba excéntrica. Alternativamente, puede usarse vacío para transferir la biomasa líquida de la unidad predesgasificadora y en el compartimento de derivación.

El vapor frío del evaporador puede desviarse directamente a la derivación o a la biomasa que entra en la derivación.

Un ejemplo de condiciones de flujo e inyección de vapor frío es:

Parámetros de entrada:

Flujo de biomasa: 60 m^{3} por hora

Temperatura: 55ºC

Contenido de amoniaco: 3 kg por m^{3}

Flujo de vapor: 5.000 m^{3} por hora

(en un ejemplo, 4.000 m^{3} por hora de adición de vapor frío a la derivación usándose 1.000 m^{3} por hora de vapor frío para refrigerar la biomasa)

Parámetro de salida:

Eliminación de amoniaco, hasta 75 kg/hora

Producción de vapor que comprende una concentración de amoniaco del 0,5 a aproximadamente el 5% de amoniaco.

Parámetros para la unidad separadora (K3):

Flujo de vapor 300 kg/hora a 2,5 bar a una temperatura superior a 100ºC (por ejemplo 140ºC).

Parámetro de salida:

75 kg de amoniaco/hora como condensado de hasta aproximadamente el 25% de amoniaco.

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El sistema según la invención que comprende el dispositivo separador puede comprender adicionalmente un fermentador o un reactor de biogás en contacto líquido con la derivación, además de un recipiente para recoger los compuestos volátiles separados y condensados.

Adicionalmente, el sistema puede comprender una planta de pretratamiento. Los sustratos se procesan en la planta de pretratamiento antes de entrar, por ejemplo, en el fermentador o el reactor de biogás. Ejemplos de plantas de pretratamiento pueden incluir una cualquiera o más de las siguientes:

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un primer tanque de pretratamiento, preferentemente un tanque separador para i) separar N (nitrógeno), que incluye amoniaco, de material orgánico, o ii) separar N, que incluye amoniaco, de material orgánico recogido de un tanque de pretratamiento adicional en la que el primer tanque de pretratamiento puede usarse para hidrolizar el material orgánico, y/o

un tanque de pretratamiento en forma de un autoclave de cal para hidrolizar el purín que comprende material orgánico en el que dicha hidrólisis da como resultado hacer que el material orgánico esté disponible para la digestión microbiana en un bioreactor. También elimina, inactiva y/o reduce en número cualquier organismo viral o microbiano y/o organismo patógeno presente en el purín, o una parte de la misma, y/o

un tanque de pretratamiento en forma de un depósito de ensilado para generar material vegetal ensilado que comprende al menos uno o más de grano/maíz, cultivos energéticos, remolacha azucarera y cualquier rastrojo, y/o

un tanque de fermentación de pretratamiento para fermentar ensilado y/o material orgánico esterilizado en autoclave de cal en el que las condiciones de fermentación se seleccionan de condiciones de fermentación mesófilas y/o condiciones de fermentación termófilas.

La planta de procesamiento comprende preferentemente una unidad de esterilización a presión, un tanque separador y de desinfección, y uno o más fermentadores para la producción de biogás.

El sistema de la invención puede procesar material orgánico y obtener las ventajas descritas en otra parte en este documento. El sistema permite procedimientos en los que el material orgánico puede someterse inicialmente a uno o más pretratamientos que se enumeran anteriormente en este documento, seguido por la formación de biogás por la fermentación de dicho material orgánico pretratado a condiciones mesófilas y/o termófilas como se describen en este documento, mientras que continuamente se eliminan compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco de dicho líquido de fermentación. La eliminación de amoniaco implica inicialmente usar una derivación y un evaporador que produce vapor frío. Tras la condensación del vapor frío que comprende amoniaco, el amoniaco se separa del líquido condensado en una unidad separadora. Esto genera una disolución de amoniaco concentrada útil como fertilizante. Tras la fermentación anteriormente mencionada, las fuentes de nutrientes adicionales tales como, por ejemplo, P (fósforo) y K (potasio) pueden separarse y aislarse en fracciones individuales que también son útiles como fertilizantes.

El al menos un dispositivo de condensación para condensar vapor frío como se describe en este documento puede incluir dos dispositivos de condensación, tres dispositivos de condensación, cuatro dispositivos de condensación y más de cuatro dispositivos de condensación. En una realización, el sistema comprende dos dispositivos de condensación. Una condensación de vapor frío que comprende compuestos volátiles tiene lugar en un primer dispositivo de condensación a una presión inferior a 1 bar, y una condensación de vapor caliente que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco tiene lugar en un segundo dispositivo de condensación a una presión de 1 bar o más.

El vapor no condensado en el primer dispositivo de condensación K1 a la presión reducida puede desviarse opcionalmente a un dispositivo de condensación K2 adicional para la condensación mediante lavado en una contracorriente de líquido. Los compuestos volátiles condensados generados por la condensación en el dispositivo de condensación K2 adicional pueden desviarse posteriormente a la unidad separadora K3, por ejemplo, junto con el primer líquido acuoso condensado generado por la condensación en dicho primer dispositivo de condensación K1. El vapor no condensado en el dispositivo de condensación adicional puede desviarse opcionalmente a un lavador de aire.

En una realización se proporciona un sistema que comprende un dispositivo separador para separar compuestos volátiles de un medio líquido, comprendiendo dicho dispositivo separador:

a): una derivación a la que el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles puede desviarse en forma de una corriente lateral a un fermentador o reactor de biogás,

b): bombas, válvulas y tuberías para desviar el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles a la derivación de dicho fermentador o reactor de biogás, y

c): un dispositivo evaporador que comprende una muestra de líquido acuoso a la que puede añadirse el calor obtenido de una fuente de calor externa en el que una reducción de la presión en dicho evaporador a una primera presión inferior a una presión de referencia predeterminada genera vapor frío, y

d): bombas, válvulas y tuberías para dirigir el vapor frío generado por el evaporador de la etapa c) a través de dicho medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles en la derivación del dispositivo separador a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, separándose así los compuestos volátiles y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y

e): un primer dispositivo de condensación, y

f): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a la presión de referencia predeterminada al primer dispositivo de condensación y condensar en una primera etapa de condensación en dicho primer dispositivo de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende dichos compuestos volátiles y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, y,

g): una unidad separadora para separar compuestos volátiles a dicha presión de referencia predeterminada o a una segunda presión superior a dicha presión de referencia predeterminada,

h): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles obtenidos en la etapa f) a la unidad separadora y separar al menos parte de los compuestos volátiles de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles inyectando vapor acuoso caliente a dicha presión de referencia o a la segunda presión mayor, obteniéndose así un vapor caliente que comprende compuestos volátiles y líquido acuoso separado de al menos parte de dichos compuestos volátiles,

i): un segundo dispositivo de condensación, y bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles a un segundo dispositivo de condensación, y condensar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un condensado que comprende compuestos volátiles.

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En otra realización, el sistema que comprende el dispositivo separador para separar compuestos volátiles comprende:

a): una derivación S a la que el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles puede desviarse o derivarse en forma de una corriente lateral,

b): bombas, válvulas y tuberías para desviar el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco a la derivación, y

c): un dispositivo evaporador E para producir vapor de una muestra de líquido acuoso caliente desviado al evaporador reduciendo la presión por debajo de una presión de referencia predeterminada, y

d): bombas, válvulas y tuberías para dirigir un vapor frío generado por el evaporador E de la etapa c) a través de dicho medio líquido que comprende compuestos volátiles en la derivación S del dispositivo separador por dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, separándose así compuestos volátiles y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y

e): un primer dispositivo de condensación y un segundo dispositivo de condensación, y opcionalmente un dispositivo de condensación adicional,

f): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada al primer dispositivo de condensación, y condensar en una primera etapa de condensación en dicho primer dispositivo de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles por dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende dichos compuestos volátiles y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, y

g): opcionalmente bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación al dispositivo de condensación adicional, si está presente, y eliminar una parte sustancial de los compuestos volátiles restantes de dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, implicando dicha eliminación lavar el vapor en una contracorriente de líquido acuoso, obteniéndose así una fracción líquida acuosa que comprende compuestos volátiles y vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional, y

h): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles obtenidos en la etapa f) y opcionalmente también dicha fracción líquida acuosa que comprende compuestos volátiles obtenidos en la etapa g) a una unidad separadora, y separar los compuestos volátiles de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco y opcionalmente también de dicha fracción líquida acuosa que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco calentando a una segunda presión mayor, obteniéndose así un vapor caliente que comprende compuestos volátiles y líquido acuoso separado de compuestos volátiles, y

i): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles a un segundo dispositivo de condensación, y condensar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un condensado de compuestos volátiles.

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El término "líquido acuoso separado de al menos parte de los compuestos volátiles" como se usa anteriormente en este documento debe indicar un medio líquido acuoso que comprende una concentración reducida de dicho compuesto volátil con respecto a la concentración del compuesto volátil en el medio líquido acuoso inicialmente desviado a la derivación. Una concentración reducida debe indicar una reducción de al menos 2 veces, tal como 3 veces, por ejemplo 4 veces, tal como 5 veces, por ejemplo 6 veces, tal como 7 veces, por ejemplo 8 veces, tal como 9 veces, por ejemplo 10 veces, tal como 15 veces, por ejemplo 20 veces, tal como 25 veces, por ejemplo 40 veces, tal como 60 veces, por ejemplo 80 veces, tal como 100 veces, o incluso más.

Cuando el compuesto volátil es amoniaco, el segundo líquido acuoso condensado (obtenido a partir de la condensación del vapor caliente generado por la unidad separadora final) comprende preferentemente menos de 10000 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 5000 ppm de amoniaco, por ejemplo 4000 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 3000 ppm de amoniaco, por ejemplo 2000 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 1000 ppm de amoniaco, por ejemplo 800 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 700 ppm de amoniaco, por ejemplo 600 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 500 ppm de amoniaco, por ejemplo 400 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 300 ppm de amoniaco, por ejemplo 250 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 200 ppm de amoniaco, por ejemplo 150 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 100 ppm de amoniaco, por ejemplo 80 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 70 ppm de amoniaco, por ejemplo 60 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 50 ppm de amoniaco, por ejemplo 40 ppm de amoniaco, tal como, por ejemplo, 30 ppm de amoniaco, por ejemplo menos de 20 ppm de amoniaco, tal como menos de 10 ppm de amoniaco.

El término "compuesto volátil" se usa para describir cualquier compuesto que pueda separarse de un líquido acuoso mediante calentamiento de dicho líquido, preferentemente calentamiento combinado con una presión reducida, por ejemplo, una presión inferior a 1 bar. Los compuestos volátiles pueden ser, por ejemplo, amoniaco y/o metano o gas portador de metano.

Los flujos y las concentraciones ilustradas en las figuras constituyen un ejemplo realista de condiciones de operación de la derivación cuando se acopla a un reactor de biogás.

El dispositivo separador y sus componentes se describen más adelante en más detalle en relación con la separación de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco de líquidos acuosos.

Parte de los compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco comprendidos en el líquido acuoso se separan del líquido en un sistema separador que comprende una derivación como se ilustra en las figuras. La derivación puede conectarse a una planta que comprende, por ejemplo, un fermentador y/o un reactor de biogás. Los ejemplos incluyen, pero no se limita a, fermentadores, reactores de biogás y plantas que generan agua residual de la producción de, por ejemplo, fertilizantes.

El principio de trabajo de este aspecto de la invención es que una fracción de la biomasa activa en el tanque de proceso se desvíe a la derivación en la que se elimina la sustancia inhibidora tal como, por ejemplo, amoniaco. Es esencial que los diversos consorcios microbianos queden si afectar por el tratamiento porque la digestión debe continuar cuando la biomasa se devuelva posteriormente al bioreactor. Una destrucción sustancial de las bacterias metanogénicas que crecen lentamente sería letal para el proceso del biogás.

Por tanto, la derivación controla la concentración de la sustancia inhibidora tal como, por ejemplo, amoniaco en el bioreactor a un nivel subcrítico para la digestión anaerobia y la operación del bioreactor en general.

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Por consiguiente, un aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para reducir la concentración de compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco en un líquido separando al menos parte de los compuestos volátiles del líquido, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de

a): proporcionar un medio líquido que comprende compuestos volátiles, y

b): desviar dicho medio líquido que comprende compuestos volátiles a una derivación funcionalmente unida a un vapor y fuente de calentamiento tal como un evaporador y una fuente de calor, respectivamente, y un dispositivo de condensación,

c): obtener vapor frío en el evaporador reduciendo la presión de la fuente de calentamiento por debajo de una presión de referencia predeterminada, y

d): dirigir dicho vapor frío a través de dicho medio líquido que comprende compuesto volátil en la derivación del dispositivo separador a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, separándose así el compuesto volátil y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y

e): desviar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada a un primer dispositivo de condensación, y

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f): condensar en una primera etapa de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuesto volátil, y

g): desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuesto volátil a una unidad separadora, y

h): separar los compuestos volátiles de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles mediante calentamiento de dicho primer líquido acuoso condensado en dicha unidad separadora a una segunda presión mayor, y

i): obtener un líquido con una concentración reducida de compuestos volátiles.

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En este aspecto, el medio líquido que comprende compuestos volátiles tales como, por ejemplo, amoniaco y opcionalmente también aminas puede ser cualquier líquido tal como se describe en otra parte en este documento. El líquido acuoso puede ser agua o cualquier disolución acuosa adecuada para ser desviada, por ejemplo, a una biomasa en un fermentador. El procedimiento puede incluir la etapa adicional de desviar del primer dispositivo de condensación medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco a un dispositivo de condensación adicional como se describe en este documento a continuación en más detalle.

Un sistema para separar amoniaco de un líquido puede comprender:

\bullet: un evaporador para calentar una muestra de líquido, preferiblemente una muestra de líquido acuoso a una presión inferior a una presión de referencia predeterminada, para obtener un vapor frío a una temperatura inferior a la temperatura de ebullición de dicho líquido, y

\bullet: un dispositivo separador para separar amoniaco de un medio líquido que comprende amoniaco desviando dicho vapor frío a través de dicho medio líquido que comprende amoniaco a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose un vapor frío que comprende amoniaco,

en el que dicho medio líquido que comprende amoniaco es preferentemente un medio líquido de un bioreactor, tal como un bioreactor para tratar residuos orgánicos, en particular un bioreactor para tratar estiércol animal y/o partes vegetales y/o residuos de matadero, incluyendo harina de carnes y huesos, comprendiendo dicha unidad separadora

un primer dispositivo de condensación para condensar dicho vapor frío que comprende amoniaco a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose un primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco, y

una unidad separadora para separar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco de amoniaco mediante calentamiento a una segunda presión mayor.

El sistema puede comprender adicionalmente al menos una bomba de evacuación de vapor para evacuar vapor para producir dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada.

Un dispositivo separador puede comprender:

(A) una primera unidad de separación, comprendiendo dicha primera unidad:

(a): un recipiente de separación para producir un vapor de componentes volátiles del líquido a una presión reducida inferior a una presión de referencia predeterminada;

(b): un primer dispositivo de condensación para condensar dicho vapor de componentes volátiles de dicho recipiente de separación a dicha presión reducida;

(c): un separador de fases para separar dichos componentes volátiles condensados y dicho vapor de componentes volátiles de dicho primer condensador en una fase condensada y una fase de vapor a dicha presión reducida; y

(d): al menos una bomba de evacuación de vapor para evacuar dicho vapor para producir una presión reducida inferior a dicha presión de referencia; estando dichas bombas de evacuación de vapor situadas aguas debajo de dicho primer condensador; y

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(B) una segunda unidad de separación, comprendiendo dicha unidad:

(e): un segundo recipiente de separación para producir un vapor de componentes volátiles de dicha fase condensada a dicha presión de referencia predeterminada; y

(f): un segundo dispositivo de condensación para condensar dicho vapor de componentes volátiles a dicha presión de referencia predeterminada,

por la cual se obtiene que los medios de calentamiento de bajo poder pueden usarse para calentar los componentes volátiles en el procedimiento de separación a vacío.

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Las realizaciones preferidas de la presente invención se divulgan en este documento a continuación en más detalle.

El dispositivo separador puede unirse funcionalmente a una planta de procesamiento tal como un bioreactor y/o cualquier planta de pretratamiento como se divulga en otra parte en este documento.

Además, permitiendo que un primer procedimiento de condensación produzca concentraciones intermedias de dichos componentes volátiles; en el condensador pueden usarse sencillos medios de refrigeración para condensar los primeros componentes volátiles separados.

También, debido a que puede evitarse un compresor de vapor de la corriente principal, pueden usarse compresores de vapor más sencillos y menos caros.

Generalmente, la presión reducida en el sistema de la primera columna de separación, el primer condensador y el separador de fases puede ser cualquier presión adecuada que asegure que los componentes volátiles se mantengan en sus fases respectivas a las presiones y temperaturas reinantes.

Sin embargo, puede desearse tener diferentes presiones de operación en las diferentes unidades.

En una realización preferida, dicho primer condensador, dicho separador de fases tienen una presión a o superior a dicha presión reducida por lo que se obtiene que los productos volátiles se eliminan en una mayor concentración usando menos calor, pero cuyos productos volátiles todavía pueden condensarse usando agua de refrigeración.

Generalmente, el líquido que va a tratarse contiene gases disueltos que pueden evaporarse a la presión reducida. La eliminación de estos gases es necesaria para mantener la presión reducida.

Por consiguiente, en una realización preferida, dicha al menos una bomba de evacuación de vapor está conectada a dicho separador de fases por lo que se obtiene que los gases disueltos puedan eliminarse.

Las bombas de evacuación de vapor pueden ser cualquier bomba adecuada para bombear los gases en cuestión. Por consiguiente, en una realización preferida, dicha al menos una bomba de evacuación de vapor es una bomba de vacío de desplazamiento por lo que la eliminación de gas se obtiene usando un compresor de energía relativamente barato con baja demanda de energía.

El recipiente de separación puede ser cualquier recipiente adecuado para contener el líquido y los componentes volátiles en cuestión, además de para operar a la temperatura y presión requeridas.

Por consiguiente, en una realización preferida, dicho primer recipiente de separación comprende: un recipiente, una entrada, un medio de calentamiento, una salida de vapor, una salida de residuo y componentes internos, por ejemplo, materiales de relleno sueltos y fijos y medios provistos de platos tales como un filtro; estando dicho recipiente, entrada, salida de vapor, salida de residuo y componentes internos adaptados para operar a una presión reducida inferior a dicha presión de referencia.

En una realización preferida, dicha presión de referencia es la presión atmosférica por lo que puede aplicarse el equipo sencillo particular y fácilmente disponible, en particular el segundo recipiente de separación.

Un experto en la materia puede seleccionar medios para el transporte de líquidos y gases.

Para el transporte de líquidos puede usarse cualquier bomba adecuada que cumpla las propiedades físicas y químicas del líquido que va a tratarse. Por tanto, una bomba para líquidos adecuada se adapta normalmente para funcionar con respecto a la viscosidad, la temperatura y la presión del líquido. Por tanto, las propiedades corrosivas del líquido y el contenido de partículas sólidas afectan a la elección de una bomba de construcción y material adecuados. Generalmente, las bombas para líquidos adecuadas incluyen centrífugas, bombas de pistón y bombas de desplazamiento, por ejemplo bombas rotatorias de desplazamiento.

Las bombas para líquidos específicas son preferentemente bombas centrífugas.

Para el transporte de gases puede usarse cualquier bomba adecuada que cumpla las propiedades físicas y químicas de los gases que van a tratarse. Por tanto, una bomba para gases adecuada se selecciona normalmente para funcionar con respecto a la presión y capacidad requeridas, pero también con respecto a la temperatura, pureza, demanda de energía, precio y propiedades de corrosión. Generalmente, las bombas para gases adecuadas soplantes y compresores.

Las bombas para gases usadas para proporcionar una presión reducida incluyen bombas de vacío tales como bombas de pistón, bombas de desplazamiento y bombas de rotación.

Las bombas de vacío específicas comprenden preferentemente bombas rotatorias de desplazamiento.

En una realización preferida, el sistema comprende medios para la producción de un gas de combustión para la combustión en un motor de combustión por lo que se obtiene que cualquier calor producido a partir del gas de combustión como un medio de refrigeración de bajo poder puede usarse como medio de calentamiento.

En una realización preferida, el sistema comprende medios para convertir el calor producido por la combustión de dicho gas de combustión para producir un vapor de componentes volátiles en un recipiente de separación de dicho aparato de separación por vapor, en particular según la invención.

Generalmente, el líquido que comprende componentes volátiles puede tratarse según la invención. Sin embargo, se desea que el líquido presente ciertas propiedades. Por consiguiente, el líquido puede haberse sometido a diversos tratamientos antes de entrar en el primer recipiente de separación.

En una realización preferida referente al tratamiento de líquidos de estiércol, dicho tratamiento comprende la hidrólisis completa o parcial, la desgasificación biológica y la separación mecánica de materia sólida por lo que se obtiene que la producción de gas (y de esta forma la producción de energía) se maximiza y se minimizan los productos orgánicos que pueden dañar el procedimiento.

Los sistemas descritos anteriormente en este documento pueden comprender adicionalmente un primer separador de fases que opera a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada para separar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación.

Los sistemas pueden comprender un dispositivo de condensación adicional al que dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación se desvía a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, eliminándose una parte sustancial del amoniaco restante lavando en una contracorriente de medio líquido acuoso, y obteniéndose una fracción líquida acuosa que comprende amoniaco y vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional.

El sistema también comprende un segundo dispositivo de condensación que condensa dicho vapor caliente que comprende amoniaco mediante refrigeración obteniéndose así un segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco.

El segundo dispositivo de condensación es preferentemente dos intercambiadores de calor que enfrían dicho vapor caliente que comprende amoniaco para generar dicho segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco en dos etapas, dirigiéndose así el calor obtenido a dicho evaporador para calentar el líquido en dicho evaporador. Los intercambiadores de calor pueden conectarse a medios de calentamiento fuera del sistema.

El sistema puede comprender adicionalmente un segundo separador de fases para separar dicho segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y vapor no condensado por el dispositivo de condensación.

Los sistemas pueden comprender adicionalmente al menos un lavador de aire para limpiar dicho vapor no condensado por el (los) dispositivo(s) de condensación, además de torre(s) de refrigeración para refrigerar el líquido acuoso mediante evaporación a la atmósfera, y preferentemente también un recipiente de almacenamiento para almacenar dicho segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco.

El sistema puede comprender medios de conexión convencionales tales como tuberías, cilindros para tubos, tuberías de distribución, tubos flexibles, mangueras, canales y tubos, preferentemente para conectar o unir funcionalmente uno cualquiera o más de:

uno o más bioreactor(es) con el dispositivo separador, y conectar en el propio dispositivo separador:

el evaporador con la derivación, y

la derivación con el primer dispositivo de condensación, y

el primer dispositivo de condensación con la torre de refrigeración, y

el primer dispositivo de condensación con el primer separador de fases, y

el primer separador de fases con el dispositivo de condensación adicional, y

el primer separador de fases con la unidad separadora, y

el dispositivo de condensación adicional con el lavador de aire, y

el dispositivo de condensación adicional con la unidad separadora, y

la unidad separadora con el segundo dispositivo de condensación, y

el dispositivo de condensación adicional con el evaporador, y

el dispositivo de condensación adicional con un intercambiador de calor, y

el segundo dispositivo de condensación con el segundo separador de fases, y

el segundo dispositivo de condensación con el evaporador, y

el segundo dispositivo de condensación con el recipiente de almacenamiento, y

los intercambiadores de calor con el evaporador, y

los intercambiadores de calor con la torre de refrigeración.

Las bombas del sistema pueden bombear medio líquido o vapor a través de dichos medios de conexión.

En otra realización se proporciona una unidad móvil como se define en la reivindicación 4 que comprende un sistema para separar amoniaco de un medio líquido como se define en la reivindicación 1. El dispositivo separador de la unidad móvil se ilustra en la fig. 2.

Plantas de procedimiento unidas al dispositivo separador

Las siguientes secciones divulgan realizaciones específicas de la invención en las que el dispositivo separador anteriormente mencionado que comprende una derivación y dispositivo(s) de condensación se conecta funcionalmente a una planta de procesamiento para procesar material orgánico. El material orgánico puede comprender, por ejemplo, estiércol animal, tal como estiércol de cerdo y/o vaca, y/o purín animal, tal como purín de cerdo y/o vaca, y/o partes vegetales, comprendiendo dichas partes vegetales una o más de paja, cultivos, rastrojos, ensilado, cultivos energéticos. Otro ejemplo de material que puede procesarse a propósito de la presente invención es cuerpos de animales muertos o fracciones de los mismos, residuos de matadero, harina de carnes y huesos, plasma de la sangre y similares procedentes de animales, además de material de riesgo y sin riesgo con respecto a la posible presencia de priones de EEB u otros priones.

Después de un procesamiento previo o pretratamiento opcional dependiendo del tipo de material usado, dicho material se desvía a, por ejemplo, un reactor de biogás en el que dicho material orgánico se fermenta a condiciones mesófilas o termófilas generando dicha fermentación el biogás.

El fermentador y/o reactor de biogás puede estar adicionalmente unido funcionalmente a unidades adicionales tales como, por ejemplo, una cualquiera o más de un autoclave de cal y una planta de pretratamiento, como se describen en más detalle a continuación en este documento.

La fermentación de material orgánico en un fermentador de biogás puede implicar procedimientos de fermentación en una o más plantas.

En una realización, la producción de biogás se realiza en dos plantas mediante fermentación bacteriana anaerobia del material orgánico, inicialmente mediante fermentación a temperaturas termófilas en una primera planta, seguido por desviar el material orgánico termófilamente fermentado a una segunda planta en la que la fermentación tiene lugar a temperaturas mesófilas.

Las condiciones de reacción termófilas incluyen preferentemente una temperatura de reacción que oscila de 45ºC a 75ºC, tal como una temperatura de reacción que oscila de 55ºC a 65ºC, tal como aproximadamente 60ºC.

Las condiciones de reacción mesófilas incluyen preferentemente una temperatura de reacción que oscila de 20ºC a 45ºC, tal como una temperatura de reacción que oscila de 30ºC a 35ºC. La reacción termófila, además de la reacción mesófila, se realiza preferentemente durante aproximadamente 5 a 15 días, tal como durante aproximadamente 7 a 10 días.

Cualquier posible formación de espuma puede reducirse y/o eliminarse mediante la adición de polímeros (poliglicoles), siloxanos, ácidos grasos y/o aceites vegetales, y/o una o más sales, preferentemente aceite vegetal en forma de aceite de colza. Las sales comprenden preferentemente o están constituidas esencialmente por CaO y/o Ca(OH)_{2}.

Una floculación deseable de sustancias y partículas durante la producción de biogás se logra preferentemente mediante la adición de iones calcio que pueden formar puentes de calcio entre las sustancias orgánicas e inorgánicas en disolución o suspensión dando dichos puentes de calcio como resultado la formación de "flóculos" de partículas. La adición de iones calcio da como resultado adicionalmente la precipitación de ortofosfatos que incluyen (PO_{4}^{3-}) disuelto, que se precipita preferentemente como fosfato de calcio Ca_{3}(PO_{4})_{2} quedando el fosfato de calcio precipitado preferentemente suspenso en una suspensión.

El biogás obtenido puede desviarse a un motor de gas que puede producir calor y/o electricidad. El calor puede usarse para calentar un autoclave de cal y/o la planta de fermentación y/o un reactor separador de N y/o la una o más planta(s) de biogás y/o una casa(s) de animales y/o una resistencia para seres humanos y/o calentar líquido acuoso que va a usarse en una casa o residencia para seres humanos. La electricidad puede desviarse y venderse a una red comercial para distribuir electricidad. En una realización preferida, el material orgánico separado del N, esterilizado y fermentado restante se esparce sobre campos agrícolas.

Antes de la fermentación en las plantas de biogás, el material orgánico puede tratarse en un autoclave de cal. El autoclave de cal del sistema es preferentemente un aparato que inicialmente puede cortar el material orgánico en segmentos y posteriormente puede desviar el material orgánico segmentado a una cámara en la que dicho material orgánico segmentado se calienta y simultáneamente se expone a una alta presión debido a la elevada temperatura. Al material orgánico que va a tratarse en el autoclave de cal se le añade una cantidad de cal, que incluye CaO y/o
Ca(OH)_{2}, antes o después de entrar en el autoclave de cal.

Preferentemente, el CaO se añade al autoclave de cal en una cantidad de 25-100 g por kg de materia seca en el material orgánico. El sistema opera a una temperatura de entre 100ºC y 220ºC, tal como, por ejemplo, 180ºC a 200ºC. La temperatura se alinea según el material orgánico que va a tratarse, se elige una temperatura mayor cuanto mayor sea el contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina en el material orgánico, o se elige una temperatura mayor según el riesgo de organismos microbianos infecciosos o compuestos patógenos que incluyen priones de EEB en el material orgánico tales como, por ejemplo, harina de carnes y huesos.

La presión en el autoclave de cal está preferentemente entre 2 y preferentemente inferior a 16 bar, tal como de 4 a preferentemente inferior a 16 bar, por ejemplo de 6 a preferentemente inferior a 16 bar, tal como de 10 a preferentemente inferior a 16 bar. El sistema opera a temperatura elevada durante aproximadamente 5 a 10 minutos, pero también pueden usarse tiempos de tratamiento más largos.

El amoniaco que incluye N separado en el autoclave de cal se recoge preferentemente y se desvía a una columna y se absorbe como se describe en otra parte en este documento.

Antes de la fermentación en las plantas de biogás, el material orgánico en forma de ensilado tal como, por ejemplo, maíz, cultivos energéticos, remolacha azucarera y/o cualquier rastrojo, puede desviarse a un tanque de fermentación mesófila o termófila antes de que el material se desvíe adicionalmente al tanque separador.

El material orgánico esterilizado en autoclave de cal puede desviarse a un tanque de fermentación mesófila o termófila antes de que el material se desvíe al tanque separador.

La invención también facilita la optimización de la fermentación del material orgánico y la producción de biogás proporcionando una planta de pretratamiento que comprende instalaciones para separar amoniaco que incluye N y/o realizar la hidrólisis alcalina bajo parámetros de procedimiento predeterminados, incluyendo el nivel de pH, temperatura, aireación, duración, inhibición de espuma y floculación de material en suspensión.

En otra realización de la invención, el procedimiento garantiza condiciones optimizadas para la población de organismos microbianos contenidos en los fermentadores productores de biogás. Esto se logra, por ejemplo, desviando el purín esterilizado o desinfectado del tanque separador a al menos un primer fermentador de biogás en el que dicho purín esterilizado o desinfectado no inhibe o daña la población de consorcios microbianos productores de biogás en el fermentador. En particular, el material orgánico del que se separa el amoniaco que incluye N puede desviarse a un reactor de biogás en el que las condiciones de fermentación soportan una fermentación mesófila. Una vez se ha sometido el material orgánico a una fermentación mesófila, el material orgánico se desvía preferentemente a otro reactor de biogás del sistema en el que las condiciones de fermentación pueden soportar una fermentación termófila.

El material orgánico fermentado en las plantas de biogás también puede constituir material orgánico obtenido de casas de animales. En una realización, el material orgánico de las casas de animales se desvía al tanque separador antes de la fermentación en los fermentadores de biogás. El material orgánico animal es preferentemente de animales de granja que incluyen vacas, cerdos, ganado, caballos, cabras, ovejas y/o aves de corral y similares. El material orgánico de casas de animales puede constituir partes sólidas y/o líquidas seleccionadas de estiércoles y purines de los mismos, y cuerpos de animales muertos o fracciones de los mismos tales como, por ejemplo, harina de carnes y huesos.

En el proceso de fermentación en los fermentadores de biogás, las bacterias producen preferentemente principalmente metano y una fracción más pequeña de dióxido de carbono cuando fermentan el material orgánico. Cuando el contenido de amoniaco en el líquido en el fermentador de biogás alcanza un nivel superior a aproximadamente 5 kg/m^{3}, la población bacteriana se afecta negativamente hasta tal grado que el proceso de fermentación se dificulta gravemente. La influencia del amoniaco puede controlarse usando la presente invención de manera que el nivel de amoniaco se mantenga inferior a aproximadamente 4 kg/m^{3}, tal como un nivel de aproximadamente 3 kg/m^{3}, o inferior, si se desea.

En una realización de la invención, el contenido de amoniaco del líquido de fermentación de un fermentador de biogás se reduce separando parte del amoniaco del líquido de fermentación en una derivación como se describe en otra parte en este documento en más detalle, y el líquido de fermentación separado de parte del amoniaco puede devolverse posteriormente al fermentador de biogás.

Además de las plantas de pretratamiento anteriormente mencionadas, el dispositivo separador que comprende la derivación, el (los) dispositivo(s) de condensación y la unidad separadora también puede conectarse funcionalmente a un unidad desgasificadora previa a la derivación.

El biogás está constituido por metano y dióxido de carbono. El biogás, que se produce dentro de la biomasa activa, es decir, una suspensión de microorganismos, sustrato, sales disueltas, nutrientes, gases, etc., escapa continuamente de la suspensión de biomasa y posteriormente se desvía, por ejemplo, a una unidad de motor generador.

La solubilidad del gas metano en agua es del orden de 2 x 10^{-5} expresada como fracción molar a una temperatura de aproximadamente 300 K, mientras que la solubilidad del dióxido de carbono es del orden de 5 x 10^{-4} a 300 K.

Por tanto, a las condiciones de operación de los bioreactores y en caso de agitación y tiempo de residencia hidráulico suficientes, en la suspensión sólo se disuelven trazas del gas metano y dióxido de carbono producido. Sin embargo, no puede excluirse que las microburbujas sean atrapadas o adsorbidas en la suspensión y algunas pruebas prácticas sugieren que del orden del 5-10% del biogás producido total puede ser atrapado en la suspensión de biomasa.

Es importante que este metano se elimine de la suspensión antes de que entre a la derivación. Si no, el gas metano escaparía a la atmósfera, que no se desea porque es un potente gas de invernadero y porque reduce eficazmente el biogás que va a utilizarse en, por ejemplo, la planta de motores generadores. La presencia de metano y dióxido de carbono en exceso también produciría algunas dificultades para la separación de amoniaco y requieren mayor capacidad de vacío. Por otra parte, si se eliminó el CO_{2}, la separación de amoniaco se beneficiaría de un ligero aumento de pH según las ecuaciones:

a) CO_{2}+H_{2}O = H_{2}CO_{3};

b) H_{2}CO_{3} = H^{+} + HCO_{3}^{-};

c) HCO_{3}^{-} = H^{+} + CO_{3}^{--};

d) pH = pKa + log[HCO_{3}^{-}]/[H_{2}CO_{3}],

de las que se obtiene que la eliminación de CO_{2} o H_{2}CO_{3} desplazará el equilibrio químico hacia la izquierda dando como resultado el consumo de iones H^{+}. Según la ecuación d), las concentraciones normales de HCO_{3}^{-} y H_{2}CO_{3} son 25 x 10^{-3} M y 1,25 x 10^{-3} M a pH 7,4, que es un pH típico de suspensiones de biomasa.

Con el fin de eliminar el metano disuelto CH_{4} (ac) y el metano atrapado CH_{4} (g) de la suspensión de biomasa, debe pasar una unidad desgasificadora previa a la derivación que está constituida por un tanque de vacío equipado con un dispersador. Si el vacío en la derivación está entre 0,1-0,2 bar, el vacío previo a la derivación debe estar entre 0,6-0,8 bar. Tal vacío es suficiente para eliminar el metano y el dióxido de carbono y al mismo tiempo evitará que el amoniaco se separe de la suspensión en cualquier cantidad significativa.

El metano y el dióxido de carbono se desvían posteriormente a la unidad de motor generador junto con el biogás de los bioreactores.

Varias sustancias orgánicas en la suspensión de biomasa pueden producir espumación, que da lugar a dificultades operacionales de bioreactores, etc. Los lípidos, las proteínas, los ácidos grasos y las sustancias poliméricas extracelulares, además de los microorganismos filamentosos, pueden producir espumación. A propósito de la alta formación de gas, el riesgo de espumación es sustancial. Por tanto, la separación de amoniaco en la derivación (y también la separación de otros gases disueltos) puede estimular la formación de espuma.

Sin embargo, si tiene tendencia a la espumación, ésta también se producirá en el desgasificador previo a la derivación. Por tanto, esta unidad puede equiparse con un antiespumante mecánico tal como una centrífuga o ciclón. En un ciclón, la fuerza de rotación se superpone a la fuerza centrípeta y, por tanto, la espuma que entra en un ciclón es lanzada a la pared bajo la influencia de estas fuerzas mientras que el gas (metano y dióxido de carbono) es forzado hacia el centro del ciclón y se descarga a través de una tubería de salida (y, por ejemplo, a una planta de motores generadores). La fase líquida condensada puede recircularse el recipiente previo a la derivación o quizás al bioreactor.

Por tanto, la introducción en el desgasificador previo a la derivación posiblemente equipado con un antiespumante mecánico reduce sustancialmente el potencial de espumación de la suspensión de biomasa y proporciona un rendimiento óptimo de la derivación.

También pueden considerarse agentes antiespumantes químicos, sin embargo, éstos pueden interferir con el procedimiento microbiológico en el bioreactor si no se seleccionan cuidadosamente.

Evaporador

La derivación del dispositivo separador está conectada a una unidad de calentamiento preferentemente en forma de un evaporador. En dicho evaporador, el líquido acuoso se calienta para obtener líquido acuoso caliente, en el que el calor se proporciona a través de una fuente externa. El vapor frío se produce por medio de vacío sobre la superficie del líquido acuoso caliente, reduciéndose así la temperatura del líquido y usándose así la energía térmica del líquido.

En una realización preferida de la invención, la temperatura del líquido acuoso en el evaporador es aproximadamente 60-80ºC, tal como 60-75ºC, por ejemplo tal como 60-70ºC, tal como 65-75ºC, por ejemplo tal como 65-80ºC, tal como 65-75ºC, por ejemplo 68-72ºC, tal como aproximadamente 70ºC.

En otra realización preferida de la invención, la presión del evaporador es aproximadamente 200 a 500 hPa, tal como aproximadamente 200 a 450 hPa, por ejemplo aproximadamente 200 a 400 hPa, tal como aproximadamente 200 a 380 hPa, por ejemplo aproximadamente 250 a 380 hPa, tal como aproximadamente 250 a 370 hPa, por ejemplo aproximadamente 250 a 360 hPa, tal como aproximadamente 270 a 360 hPa, por ejemplo aproximadamente 270 a 350 hPa, tal como aproximadamente 270 a 340 hPa, por ejemplo aproximadamente 270 a 330 hPa, tal como aproximadamente 270 a 320 hPa, por ejemplo aproximadamente 280 a 320 hPa, tal como aproximadamente 290 a 320 hPa, por ejemplo aproximadamente 300 a 320 hPa, tal como aproximadamente 310 hPa.

En una realización preferida, el vapor frío para el procedimiento de separación se produce por medio de vacío sobre una superficie de líquido acuoso caliente. Esto tiene lugar en el evaporador. La temperatura del líquido acuoso en el evaporador se mantiene preferentemente por medio de, por ejemplo, líquido acuoso refrigerante de una unidad de motor generador en una planta de biogás, o alternativamente, de cualquier otra fuente de calor residual o motor generador. El calor residual, en forma de líquido acuoso caliente, puede estar presente a temperaturas de tan sólo 60-70ºC. También puede usarse líquido acuoso a temperaturas mayores, sin embargo, en tales casos, el vapor tiene que refrigerarse hasta temperaturas adecuadas para los microorganismos en el reactor de biogás, es decir, a un máximo de 65ºC y preferentemente a una temperatura próxima a la temperatura de operación del bioreactor.

El sistema comprende preferentemente tuberías de distribución que constituyen un sistema cerrado que previene o lleva a una reducción en las emisiones de una cualquiera o más de polvo, organismos microbianos, amoniaco, aire, líquido o cualquier otro constituyente dentro del sistema.

En una realización preferida, dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada se obtiene en el evaporador, la derivación, el primer dispositivo de condensación y el dispositivo de condensación adicional opcional.

En otra realización preferida, dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada es preferentemente 0,1 a inferior a 1,0 bar, tal como 0,1 a 0,4 bar, y más preferentemente de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,35 bar.

En una realización preferida, dicha presión es aproximadamente 0,27 bar a 0,35 bar, tal como aproximadamente 0,29 a aproximadamente 0,33 bar, por ejemplo aproximadamente 0,31 bar en el evaporador , y aproximadamente 0,12 a aproximadamente 0,20 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,14 a aproximadamente 0,18, tal como aproximadamente 0,16 bar en la derivación, y de aproximadamente 0,16 bar a aproximadamente 0,24 bar, por ejemplo de aproximadamente 0,18 bar a aproximadamente 0,22 bar, tal como aproximadamente 0,20 bar en el primer dispositivo de condensación y en el dispositivo de condensación adicional opcional.

El medio líquido acuoso calentado en el evaporador para producir dicho vapor frío puede ser cualquier fuente de líquido acuoso preferentemente con una concentración máxima de amoniaco de 3 kg de amoniaco por tonelada de líquido, tal como un máximo 2 kg de amoniaco por tonelada de líquido, por ejemplo un máximo 1 kg de amoniaco por tonelada de líquido, tal como un máximo 0,5 kg o menos amoniaco por tonelada de líquido.

En una realización preferida, dicha fuente de líquido acuoso es agua de grifo, líquido acuoso residual, o líquido acuoso de una producción de biogás.

El procedimiento de calentamiento en el evaporador se realiza usando intercambiadores de calor que reutilizan el calor de máquinas, de líquido acuoso residual caliente o de líquido acuoso de un dispositivo de refrigeración tal como del primer dispositivo de condensación o del segundo dispositivo de condensación de una planta como se describe en este documento.

Dispositivo(s) de condensación

La presente invención se divulga a continuación en este documento con respecto a uno o más dispositivos de condensación para condensar vapor y vapores que comprenden compuestos volátiles que incluyen amoniaco y aminas volátiles.

Las etapas del procedimiento de condensación pueden incluir el uso de un primer dispositivo de condensación y también opcionalmente un dispositivo de condensación adicional para condensar vapor frío que comprende compuestos volátiles, y un segundo dispositivo de condensación funcionalmente unido a una unidad separadora, en las que dicho segundo dispositivo de condensación condensa vapor que comprende compuestos volátiles a una presión a o superior a dicha presión de referencia.

En una realización, la invención proporciona la generación de un vapor que comprende compuestos volátiles que incluyen, por ejemplo, amoniaco cuyo vapor no se condensa por el primer dispositivo de condensación, y dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación puede desviarse posteriormente a un dispositivo de condensación adicional a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, eliminándose al menos una parte sustancial del amoniaco restante como sea posible de dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación. Esto es posible incluyendo una etapa de lavado que explota una contracorriente de líquido acuoso dando dicha etapa de lavado y dicha condensación como resultado una fracción líquida acuosa que comprende amoniaco y vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional.

La fracción líquida acuosa que comprende amoniaco obtenido del dispositivo de condensación adicional puede desviarse a la unidad separadora en la que, junto con el primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco, también se desvía a dicha unidad separadora, el amoniaco se separa mediante calentamiento a dicha segunda presión mayor, y obtenerse un vapor caliente que comprende amoniaco y líquido acuoso separado de al menos parte de dicho amoniaco.

El vapor caliente que comprende amoniaco obtenido como se describe en este documento inmediatamente antes se desvía a un segundo dispositivo de condensación que puede condensar dicho vapor caliente que comprende amoniaco a o por encima de dicha presión de referencia obteniéndose así un medio líquido acuoso condensado adicional que comprende amoniaco y opcionalmente también vapor no condensado por el segundo dispositivo de condensación.

El vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional y/o el segundo dispositivo de condensación puede dirigirse a un lavador de aire o liberarse directamente a la atmósfera.

La temperatura de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco es preferentemente 15-35ºC, tal como 20-30ºC, por ejemplo 23-28ºC, tal como aproximadamente 25ºC.

La temperatura de dicha contracorriente de líquido acuoso en el tercer dispositivo de condensación es preferentemente 15-35ºC, tal como 20-30ºC, por ejemplo 23-28ºC, tal como aproximadamente 25ºC.

La temperatura de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y de dicha fracción líquida acuosa que comprende amoniaco en la unidad separadora es preferentemente 80-170ºC, tal como 85-130ºC, por ejemplo 90-110ºC, tal como aproximadamente 100ºC.

La temperatura de dicho vapor caliente que comprende amoniaco cuando abandona la unidad separadora es preferentemente 50-110ºC, tal como 60-100ºC, por ejemplo 70-90ºC, tal como aproximadamente 80ºC.

La temperatura de dicho concentrado de amoniaco es preferentemente 15-45ºC, tal como 20-40ºC, por ejemplo 25-35ºC, tal como aproximadamente 30ºC.

El medio líquido acuoso comprende preferentemente una cantidad de 2,5 a 5 kg de amoniaco por m^{3} (metro cúbico), tal como 2,6 a 4 kg de amoniaco por m^{3}, tal como 2,7 a 3,5 kg de amoniaco por m^{3}, por ejemplo 2,8 a 3,2 kg de amoniaco por m^{3}, tal como 2,9 a 3,1 kg de amoniaco por m^{3}, tal como aproximadamente 3,0 kg de amoniaco
por m^{3}.

El medio líquido que comprende amoniaco es preferentemente medio líquido que comprende además materiales orgánicos, preferentemente un líquido de un bioreactor, tal como un bioreactor para tratar residuos orgánicos, en particular un bioreactor para tratar estiércol, que incluye estiércol de cerdo y/o harina de carnes y huesos.

El medio líquido que comprende amoniaco entra en la derivación en un extremo, se desvía a través de la derivación simultáneamente con la adición de vapor frío y el medio líquido abandona posteriormente dicha derivación teniendo una concentración reducida de amoniaco.

El vapor frío que comprende amoniaco de la derivación comprende preferentemente amoniaco en una concentración de aproximadamente el 0,5 al 10% de amoniaco, por ejemplo del 0,5 al 8% de amoniaco, tal como aproximadamente del 0,5 al 7% de amoniaco, por ejemplo aproximadamente del 0,5 al 6% de amoniaco, tal como aproximadamente del 0,5 al 5% de amoniaco.

El segundo medio líquido acuoso condensado comprende preferentemente amoniaco en una concentración de aproximadamente el 10-40%, tal como el 15-35%, por ejemplo tal como el 20-30%, tal como aproximadamente el 25%.

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El líquido con una concentración reducida de amoniaco resultante de separar el amoniaco en la derivación comprende preferentemente amoniaco en una concentración inferior a 3 kg de amoniaco por tonelada de líquido, tal como aproximadamente 2,5 kg de amoniaco por tonelada de líquido, por ejemplo aproximadamente 2,0 kg de amoniaco por tonelada de líquido, tal como aproximadamente 1,5 kg de amoniaco por tonelada de líquido, por ejemplo aproximadamente 1,0 kg de amoniaco por tonelada de líquido, tal como inferior a aproximadamente 2,0 kg de amoniaco por tonelada de líquido, por ejemplo inferior a 1,0 kg de amoniaco por tonelada de líquido.

El líquido con una concentración reducida de amoniaco se desvía preferentemente (de nuevo) a un bioreactor, tal como al bioreactor del que se obtuvo inicialmente dicho medio líquido que comprende amoniaco, o a un bioreactor a propósito del bioreactor del que se obtuvo inicialmente dicho medio líquido que comprende amoniaco.

Es importante que el líquido que tiene una concentración reducida de amoniaco que se desvía de nuevo al bioreactor no tenga una influencia negativa sobre los microorganismos en el bioreactor. No debe afectar el crecimiento o la actividad enzimática de los microorganismos. El bioreactor es preferentemente mesófilo o termófilo.

Las biomasas de bajos y altos contenidos de proteína pueden fermentarse en el bioreactor. Ejemplos de biomasas con un alto contenido de proteína pueden ser subproductos de animales, por ejemplo, harina de carnes y huesos, proteína vegetal, melaza y vinaza. La cantidad de harina de carnes y huesos fermentada en el bioreactor comprende preferentemente más del 2,5%, tal como más del 5%, preferiblemente más del 10%, tal como más del 15%, tal como más del 20%, tal como más del 25% de la biomasa total en peso. Un uso del líquido acuoso condensado con una alta concentración de amoniaco es para un fertilizante comercial.

Las biomasas con alto contenido de proteína, que incluyen harina de carnes y huesos, pueden desviarse inicialmente a una o más plantas de pretratamiento antes de la fermentación en dicho bioreactor, en las que dichas plantas de pretratamiento comprenden preferentemente:

un primer tanque de pretratamiento, preferentemente un tanque separador para separar N (nitrógeno), incluyendo amoniaco, de las biomasas, y/o

un segundo tanque de pretratamiento, preferentemente un autoclave de cal para hidrolizar biomasas, en el que dicha hidrólisis da como resultado eliminar, inactivar y/o reducir en número cualquier organismo microbiano viable y/o sustancia patógena presente en las biomasas, o una parte de la misma, y/o

al menos un tanque, preferentemente un depósito de ensilado para generar material vegetal ensilado que comprende al menos uno o más de grano/maíz, cultivos energéticos, remolacha azucarera y cualquier rastrojo y/o

al menos un segundo tanque, preferentemente un tanque de fermentación de pretratamiento para fermentar ensilado y/o material orgánico esterilizado en autoclave de cal en el que las condiciones de fermentación se seleccionan de condiciones de fermentación mesófila y/o condiciones de fermentación termófila.

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Descripción detallada de los dibujos

La figura 1 ilustra los procedimientos principales de una realización de la presente invención.

R: R denota un bioreactor, en este caso un reactor de biogás con una temperatura de operación de aproximadamente 55ºC. La concentración de amoniaco en el reactor de biogás debe mantenerse a un máximo de aproximadamente 3 kg de NH_{3} por m^{3}.

S: La derivación S normalmente opera a una presión inferior a una presión de referencia predeterminada, preferiblemente a una presión inferior a la presión atmosférica. El líquido que va a separarse de una fracción de su contenido de amoniaco se desvía de R a S por medio de una bomba o válvula de entrada. Durante el paso del líquido a través de S, el vapor frío se dirige a través del líquido. El medio líquido separado que comprende líquido con una concentración reducida de amoniaco se bombea de nuevo posteriormente al bioreactor R o a otro bioreactor R2 a propósito del bioreactor R.

E: El vapor frío para el procedimiento de separación se produce en el evaporador E por medio de vacío sobre una superficie de líquido acuoso caliente. La temperatura del líquido acuoso en el evaporador E se mantiene preferentemente por medio de, por ejemplo, líquido acuoso refrigerante de una unidad de motor generador en una planta de biogás, o alternativamente, de cualquier otra fuente de calor residual. El calor residual, en forma de líquido acuoso caliente, puede estar presente a temperaturas de tan sólo 60-70ºC. También puede usarse líquido acuoso a mayores temperaturas, sin embargo, en tales casos, el vapor tiene que refrigerarse hasta temperaturas adecuadas para los microorganismos en el reactor de biogás, es decir, a un máximo de 65ºC y preferentemente a una temperatura próxima a la temperatura de operación del bioreactor.

K1: En la derivación S, en la que el vapor frío se dirige a través del líquido y eliminándose así al menos parte de su contenido de amoniaco, la mezcla producida de vapor y amoniaco que comprende vapor frío que comprende amoniaco se desvía de S a un primer dispositivo de condensación K1 en el que el vapor frío que comprende amoniaco se condensa a un primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco que es una disolución de amoniaco diluida/líquido acuoso por medio de líquido acuoso refrigerante en una torre de refrigeración.

K1 puede dividirse en dos partes (como también puede K2 y K4) para que la primera parte produzca líquido acuoso refrigerante relativamente caliente y la segunda parte líquido acuoso refrigerante relativamente frío. El líquido acuoso refrigerante relativamente caliente puede usarse directamente en ambos casos en la derivación o cualquier otro fin de calentamiento.

El líquido acuoso refrigerante frío de K1 y K4 que tiene una temperatura de 32ºC o algo menos puede usarse en una bomba de calor para generar líquido acuoso caliente a, por ejemplo, 60-70ºC para fines de calentamiento. El factor de energía por 1 kWh usado en la bomba de calor será aproximadamente 4 porque el líquido acuoso refrigerante está disponible a una temperatura estable y a un flujo estable. Éstas son condiciones que favorecen el funcionamiento de una bomba de calor.

K2: El vapor no condensado en K1 puede desviarse opcionalmente al dispositivo de condensación K2 en el que se lava en una contracorriente de líquido acuoso con el fin de eliminar una parte sustancial del amoniaco restante. El vapor restante después del procedimiento de lavado puede desviarse a una bomba de vacío y adicionalmente a un lavador de aire convencional o directamente a la atmósfera.

K3: La disolución de amoniaco diluida/líquido acuoso producido en K1 y opcionalmente también en K2 que comprende el primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y la fracción líquida acuosa que comprende amoniaco se separa del amoniaco en la unidad separadora K3 por medio de vapor caliente a o superior a 100ºC y a una presión superior a la presión atmosférica, es decir, a una segunda presión mayor (por ejemplo 2,5 bar) con respecto a la primera presión inferior (por ejemplo 0,16 bar) en S, K1 y opcionalmente también en K2.

K4: Los vapores de amoniaco concentrado/vapores de la unidad separadora K3 que comprende vapor caliente que comprende amoniaco se condensan en el segundo dispositivo de condensación K4 por medio de líquido acuoso refrigerante en una torre de refrigeración, preferentemente hasta una disolución de amoniaco al 25%/líquido
acuoso.

B2: El segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y vapor no condensado por el segundo dispositivo de condensación de K4 puede separarse en el separador de fases B2, y el segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco se desvía a un tanque de almacenamiento y el vapor no condensado por el segundo dispositivo de condensación se desvía, por ejemplo, a un lavador de aire o directamente a la atmósfera.

K1 y K4: Recirculación del calor: las torres de refrigeración K1 y K4 pueden dividirse en dos partes para que la primera parte genere líquido acuoso refrigerante relativamente caliente y para que la segunda parte genere líquido acuoso refrigerante relativamente frío a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente. El líquido acuoso refrigerante relativamente caliente puede usarse en ambos casos en la derivación o cualquier otro fin de calentamiento. El líquido acuoso refrigerante generado en la primera parte de K1 tendrá preferentemente temperaturas de aproximadamente 40-45ºC, mientras que el líquido acuoso refrigerante de la primera parte de K4 tendrá preferentemente temperaturas de 70-80ºC. El líquido acuoso refrigerante de la segunda parte de tanto K1 como K4 será inferior a 25ºC.

El líquido acuoso refrigerante con temperaturas de aproximadamente 70-80ºC es muy adecuado para recircularse al evaporador E, mientras que el líquido acuoso refrigerante con temperaturas de 40-45ºC puede usarse para cualquier otro fin de calentamiento; por ejemplo, precalentamiento de biomasa fría que va a introducirse en una planta de
biogás.

La figura 2 ilustra una realización de la derivación y el dispositivo separador final. En esta realización, la derivación y el dispositivo separador final pueden usarse con una unidad móvil tal como un recipiente.

1

2

3

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1.: El recipiente en el que la derivación está montada para proporcionar una unidad separada, que puede estar integrada con una planta de procedimiento bioquímica. El recipiente no se muestra en la figura, pero preferentemente confina todo excepto la cabeza nº 5 y la parte superior nº 7.

2.: La derivación S normalmente opera a una presión inferior a la presión atmosférica. El líquido que va a separarse para una parte de su contenido de amoniaco se desvía de un bioreactor R a S por medio de una bomba o válvula de entrada. Durante el paso del líquido a través de S, el vapor frío se dirige a través del líquido. El líquido separado que confina un líquido con una concentración reducida de amoniaco se bombea posteriormente de nuevo al bioreactor R.

3.: Evaporador E. El vapor frío para el procedimiento de separación se produce por medio de vacío sobre una superficie de líquido acuoso caliente. Esto tiene lugar en el evaporador E. La temperatura del líquido acuoso en el evaporador E se mantiene preferentemente por medio de, por ejemplo, líquido acuoso refrigerante de una unidad de motor generador en una planta de biogás, o alternativamente, de cualquier otra fuente de calor residual. El calor residual en forma de líquido acuoso caliente puede estar presente a temperaturas de tan sólo 60-70ºC. También puede usarse líquido acuoso a temperaturas mayores, sin embargo, en tales casos el vapor tiene que refrigerarse hasta temperaturas adecuadas para los microorganismos en el bioreactor. Para un reactor de biogás que digiere conjuntamente estiércoles animales con cualquier otra biomasa orgánica, la temperatura máxima es 65ºC y la temperatura de funcionamiento deberá ser próxima a la temperatura de operación del reactor de biogás, es decir, preferentemente entre 55-60ºC.

4.: Bomba P6, para bombear líquidos y fluidos entre E y H6, H5, y H3.

5.: Dispositivo de condensación adicional K2.

6.: Bomba P7 para bombear entre K1 y K2.

7.: K3 es una unidad separadora para concentrar, por ejemplo, amoniaco. La disolución de amoniaco diluida/líquido acuoso producido en K1 y opcionalmente también en K2 que comprende el primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco de K1 y la fase de líquido acuoso que comprende amoniaco de K2 se separa del amoniaco en K3 por medio de vapor caliente superior a 100ºC y a una presión a o superior a presión atmosférica, es decir, a una segunda presión mayor (por ejemplo 2,5 bar) con respecto a la primera presión inferior (por ejemplo 0,16 bar) en S, K1 y K2.

8.: Bomba P8 para bombear líquido acuoso en circulación para alimentar el intercambiador de calor K1 y K4.

9.: Intercambiadores de calor H3. H4. H5. H6. H3 y H4 refrigeran el vapor de K3. El vapor caliente que comprende amoniaco de K3 se condensa en el condensador del intercambiador de calor H3 y H4 que comprende el segundo dispositivo de condensación K4, es decir, la condensación se divide en dos (H3 y H4) de manera que se recircula calor al evaporador E. En H4, el vapor restante de H3 se condensa de nuevo por medio del líquido acuoso refrigerante en una torre de refrigeración hasta preferentemente una disolución de amoniaco del 25%/líquido acuoso. H5 refrigera un líquido de una fuente de calor externa, por ejemplo, de una etapa de separación final en una planta de biogás completa y de refino. H6 refrigera el líquido de una fuente de calor externa, por ejemplo, de una planta de motor generador alimentada por biogás de una planta de biogás completa.

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10.: Primer dispositivo de condensación K1. En la derivación S, en la que el vapor frío se dirige a través del medio líquido que comprende amoniaco y así se elimina una parte de su contenido de amoniaco, la mezcla de vapor y amoniaco producida que constituye el vapor frío que comprende amoniaco se desvía del dispositivo separador S al primer dispositivo de condensación K1, en el que el vapor frío que comprende amoniaco se condensa en un amoniaco diluido/líquido acuoso que constituye el primer medio líquido acuoso condensado que comprende disolución de amoniaco por medio de líquido acuoso refrigerante en una torre de refrigeración. El vapor no condensado en K1 se desvía opcionalmente al dispositivo de condensación adicional K2 en el que se lava en una contracorriente de líquido acuoso con el fin de eliminar al menos parte del amoniaco restante. El vapor restante se desvía primero a una bomba de vacío y adicionalmente se desvía a un lavador de aire convencional o directamente a la atmósfera. En este caso, el CO_{2} también se emite a la atmósfera. Esto es importante porque el fertilizante de N final está libre de bicarbonato y, por tanto, un producto estable en forma de amoniaco y/o sulfato de amonio.

11.: La torre de refrigeración, que opera evaporando líquido acuoso a la atmósfera proporcionando así el efecto refrigerante. No se muestra en las figuras.

12.: P1. P2. P3. P4. Las soplantes de vacío de cápsula producen el vacío.

13.: Brida de tubería.

14.: Brida de tubería.

15.: Brida de tubería.

16.: Brida de tubería.

17.: Brida de tubería.

18.: Brida ciega.

19.: Brida ciega.

20.: Conexión de tubería principal entre el evaporador E y la derivación S.

21.: Colector entre el evaporador E y la derivación S.

22.: Colector entre el evaporador E y la derivación S.

23.: Colector entre el evaporador E y la derivación S.

24.: Tubo de entrada entre el reactor de biogás R y la derivación S.

25.: Conexión de tubería entre el primer dispositivo de condensación K1 y el dispositivo de condensación adicional K2.

26.: Conexión de tubería entre la bomba 8 y la torre de refrigeración (para refrigerar H2 y H4).

27.: Conexión de tubería entre H2 y H4.

28.: Conexión de tubería entre E y la bomba 6.

29.: Conexión de tubería entre E, la bomba 6 y H6, H3.

30.: Conexión de tubería entre E y H6, H3.

31.: Conexión de tubería entre K2 y la bomba 7.

32.: Conexión de tubería de S al bioreactor R.

33.: Conexión de tubería entre S y H2.

34.: Conexión de tubería entre H3 y K3.

35.: Conexión de tubería entre H3 y H4.

36.: Conexión de tubería de H4 a un tanque de almacenamiento de amoniaco mediante un separador de fases B2. El segundo medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y vapor no condensado por el segundo dispositivo de condensación de K4 se separa en un separador de fases B2, en el que el medio líquido acuoso que comprende amoniaco se desvía a un tanque de almacenamiento y el vapor no condensado por el segundo dispositivo de condensación a un lavador de aire o directamente a la atmósfera.

37.: Conexión de tubería entre la bomba 7 y K3.

38.: Conexión de tubería entre H6 y el suministro externo de calor residual (líquido acuoso caliente a 70-90ºC).

39.: Conexión de tubería para devolver el líquido acuoso refrigerado entre H6 y la fuente de calor externa.

40.: Colector de vacío para presurizar K2.

41.: Suministro de líquido acuoso a la derivación S (para limpiar in situ elementos de filtración S) y al dispositivo de condensación K2.

42.: Vapor de escape de soplantes de vacío al lavador de aire.

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La figura 3 ilustra todavía otra realización del dispositivo separador. El dispositivo comprende una primera unidad 210 de separación y una segunda unidad 215 de separación estando dichas unidades conectadas mediante conductos de manera que el vapor, en este caso aproximadamente el 5% en peso de NH_{3} a aproximadamente 50ºC, de la primera columna 210 de separación se condensa por un primer condensador 212. Posteriormente, el condensado y el vapor se separan en una fase condensada y una fase de vapor a dicha presión reducida en un separador 212 de fases. La fase condensada, en este caso aproximadamente el 5% en peso de NH_{3} a aproximadamente 30-40ºC, se bombea a dicha segunda unidad 215 de separación a una presión de referencia, en este caso la presión atmosférica (1000 kPa), por medio de la bomba 217. En la segunda unidad de separación, una fase condensada se separa adicionalmente para producir un vapor de aproximadamente 25% en peso de NH_{3} a una temperatura de aproximadamente 80ºC en la cabeza de la segunda columna de separación. Posteriormente, esta fase de vapor se condensa en un segundo condensador 216 a una temperatura a aproximadamente 30ºC.

El líquido que va a tratarse, en este caso el líquido de estiércol de un planta de tratamiento de aguas de residuos orgánicos que produce biogáses y que trata líquidos de estiércol, se introduce en dicha primera columna 210 de separación a través de una válvula 209 de reducción a una temperatura de aproximadamente 60ºC.

Dicha primera unidad 210 de separación comprende un recipiente 211 de separación para producir un vapor de componentes volátiles del líquido a una presión reducida, en este caso por ejemplo 200 a 800 hPa inferior a una presión de referencia predeterminada, en este caso preferentemente presión atmosférica. El calor se suministra por un medio de calentamiento; en este caso un intercambiador de calor situado en el extremo inferior de la columna 210 de separación, intercambiador de calor que en este caso usa agua de refrigeración de la sección de producción de biogás de la planta de tratamiento de aguas de residuos orgánicos.

Normalmente, dicho recipiente de separación es una columna de separación cuyas características se han diseñado según procedimientos conocidos en la técnica que incluyen, pero no se limitan a, diseños basados en el paquete de diseño de software comercial Hyses^{TM}. Normalmente se prefiere usar columnas de separación que tienen 8-12 platos teóricos. Una construcción práctica de una columna de separación tal, que incluye el diseño de platos de columna, conductos entre platos, selección de materiales de relleno de la columna, etc., es conocida para un experto en la materia. Las columnas de separación comerciales están generalmente disponibles de proveedores de ingeniería química.

Seleccionando un equilibrio apropiado entre las fuentes de energía disponibles en el sitio de la planta, por ejemplo, tanto una fuente de energía de bajo poder tal como agua de refrigeración como una energía de alto poder tal como calor de combustión o electricidad, y las temperaturas y presiones implicadas en generar el vapor y el condensado, un experto puede proporcionar un diseño óptimo del aparato para la separación por vapor de componentes volátiles de un líquido, por ejemplo, para generar vapor de dichos componentes volátiles.

En una realización preferida del aparato, el calor a aproximadamente 80ºC se suministra a la columna a una velocidad que proporciona un vapor caliente de aproximadamente el 5% en peso de NH_{3} a una temperatura de aproximadamente 50ºC a la salida de la columna y de una presión de aproximadamente 200 kPa.

Un residuo se saca de la columna de separación, en este caso en el fondo de la misma.

Se usa un primer condensador 212, en este caso un condensador de tipo placas especialmente apto para resistir condiciones básicas de amoniaco que está generalmente disponible de proveedores de ingeniería química para condensar dicho vapor de componentes volátiles de dicho recipiente de separación a dicha presión reducida.

Un separador 212 de fases separa dichos componentes volátiles condensados y dicho vapor de componentes volátiles de dicho primer condensador 212 en una fase condensada y una fase de vapor a dicha presión reducida.

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Se usa al menos una bomba 214 de evacuación de vapor, en este caso preferentemente una bomba de desplazamiento generalmente disponible de proveedores de ingeniería química, para eliminar gases disueltos tales como dióxido de carbono y nitrógeno y producir una presión reducida inferior a dicha presión de referencia; estando dichas bombas de evacuación de vapor posicionadas aguas debajo de dicho primer condensador. Los gases de vapor se sacan de la fase vapor del separador 212 de fases para el lavado final antes de liberarse a la atmósfera (no mostrado).

Dicha segunda unidad 215 de separación comprende un segundo recipiente 215 de separación para producir un vapor de componentes volátiles de dicha fase condensada a dicha presión de referencia predeterminada.

El segundo recipiente de separación está constituido preferentemente por una columna de separación que se prepara preferentemente por los mismos procedimientos y medios y/o similares a los usados para fabricar dicha primera columna 210 de separación, con la excepción de que las consideraciones deben tomarse para un tamaño preferentemente más pequeño de la segunda columna del recipiente de separación, y para el segundo recipiente de separación que es operado a mayor presión, por ejemplo, normalmente se opera a la presión de referencia predeterminada aproximadamente presión atmosférica (1000 hPa) en comparación con una presión de operación de aproximadamente 200 hPa para el primer recipiente de separación.

Dicha segunda unidad de separación comprende además un segundo condensador 216 para condensar dicho vapor de componentes volátiles a dicha presión de referencia predeterminada. Este segundo condensador se prepara preferentemente por los mismos procedimientos y medios y/o similares a los usados para dicho primer condensador 212.

Se usa una bomba 217, en este caso una bomba tipo centrífuga generalmente disponible de proveedores de ingeniería química, para bombear dicho condensado de dicho separador 212 de fases a dicha segunda columna 215 de separación.

Un residuo de la segunda columna de separación, en este caso una disolución acuosa de aproximadamente el 0,4% en peso de NH_{3} a aproximadamente 98ºC, se circula 218 a la entrada de la primera columna de separación y allí se mezcla con el líquido de entrada.

La figura 4 ilustra el principio de la integración de la derivación/dispositivo(s) separador(es) en una planta para procesar material orgánico. La planta se describe en más detalle más adelante en este documento. En la fig. 4, el estiércol, preferentemente en forma de un purín, generado en una casa o establo (1) para la cría de animales, que incluye animales domésticos tales como cerdos, ganado, caballos, cabras, ovejas; y/o aves de corral, incluyendo pollos, pavos, patos, gansos y similares, se transfiere a o tanto uno como ambos de un primer tanque de pretratamiento (2) y/o un segundo tanque de pretratamiento (3). El material orgánico adicional que no procede de una casa de animales en una granja también puede procesarse y/o someterse a pretratamiento. Ejemplos incluyen cuerpos de animales muertos y aves de corral, harina de carnes y huesos y productos similarmente procesados.

Los principios de trabajo son que el estiércol, preferentemente en forma de un purín que incluye, en una realización, agua tal como agua de desechos usada para limpiar la casa o establo de animales, se desvía al primer tanque de pretratamiento que comprende un tanque separador en el que el amoniaco se separa por medio de la adición al tanque separador de, por ejemplo, CaO y/o Ca(OH)_{2}. Sin embargo, la adición de CaO y/o Ca(OH)_{2} al purín también puede tener lugar a la entrada del purín en el primer tanque de tratamiento o tanque separador.

Al mismo tiempo que la adición de CaO y/o Ca(OH)_{2}, o en una etapa posterior, el tanque de pretratamiento que comprende el tanque separador se somete a separación y/o calentamiento, y el N o amoniaco separado se absorbe preferentemente antes de almacenarse en un tanque separado (11). El N separado que incluye amoniaco se absorbe preferentemente en una columna en el tanque separador comprendido en el primer tanque de tratamiento antes de dirigirse al tanque separado para el almacenamiento. Como el amoniaco también puede generarse durante un proceso de fermentación posterior, el procedimiento de separación inicial descrito anteriormente en este documento puede combinarse con la derivación/dispositivos separadores divulgados en la presente invención con el fin de eliminar el amoniaco que no se genera hasta que tenga lugar la fermentación del material orgánico opcionalmente pretratado.

Los materiales orgánicos difíciles de digerir por organismos microbianos durante la fermentación anaerobia se pretratan preferentemente en un segundo tanque de pretratamiento (3) antes de dirigirse al primer tanque de pretratamiento (2) que comprende el tanque separador como se describe anteriormente en este documento. Tales materiales orgánicos comprenden normalmente cantidades significativas de, por ejemplo, celulosa y/o hemicelulosa y/o lignina, por ejemplo preferentemente superiores al 50% (peso/peso) de celulosa y/o hemicelulosa y/o lignina por material orgánico en peso seco, tal como pajas, cultivos que incluye grano, rastrojos y otros materiales orgánicos sólidos. El N que incluye amoniaco se separa posteriormente del material orgánico pretratado.

En tanto el primer como el segundo tanque de pretratamiento, el purín se somete a una hidrólisis térmica y alcalina. Sin embargo, la temperatura y/o la presión es significativamente superior en el segundo tanque de pretratamiento que, por tanto, se diseña preferentemente como un sistema cerrado que puede mantener altas presiones.

El purín que opcionalmente se ha sometido a pretratamiento como se describe anteriormente en este documento se desvía preferentemente a al menos un reactor termófilo (6) y/o al menos un reactor de biogás mesófilo (6). El purín se digiere posteriormente anaeróbicamente en los reactores concomitantemente con la producción de biogás, es decir, el gas que está constituido principalmente por metano que comprende opcionalmente una fracción más pequeña de dióxido de carbono. El (Los) reactor(es) de biogás forman parte preferentemente de una planta de energía para mejorar la producción de energía a partir del sustrato de material orgánico.

La derivación/dispositivos separadores divulgados en este documento pueden acoplarse funcionalmente a cualquiera del al menos un reactor termófilo (6) y/o al menos un reactor de biogás mesófilo (6) anteriores. La derivación puede conectarse adicionalmente a una unidad desgasificadora previa a la derivación como se divulga en este documento. El acoplamiento de la derivación/dispositivo(s) separador(es) al (a los) fermentador(es) puede ser un acoplamiento permanente, es decir, un sistema fijo; o puede ser un acoplamiento transitorio que implica una unidad móvil que comprende la derivación/dispositivo(s) separador(es).

El biogás pueden desviarse a un motor de gas y la energía generada a partir de este motor puede usarse para calentar el tanque separador o usarse para calentar una fuente de calentamiento que puede desviarse al evaporador como divulga en este documento sometiéndose en este caso la fuente de calentamiento a una presión reducida, generando dicha reducción de la presión vapor frío. Sin embargo, el biogás también puede desviarse a un sistema de tuberías de distribución de biogás comercial que suministra casas y clientes industriales.

Los restos de la fermentación anaerobia, todavía en forma de una suspensión que comprende sólidos y líquidos, se desvían en una realización preferida a al menos una centrífuga decantadora (7) para separar sólidos y fluidos. Un resultado de esta separación es una fracción al menos semisólida que comprende casi exclusivamente P (fósforo), tal como una fracción al menos semisólida que comprende preferentemente más del 50% (peso/peso) de P (12). En la misma etapa (7), o en otra etapa de separación en centrífuga decantadora (8), también se obtiene preferentemente una fracción líquida que preferentemente comprende casi exclusivamente K (potasio), tal como al menos el 50% (peso/peso) de K (13). Estas fracciones, preferentemente en forma de gránulos obtenidos después de una etapa de secado, que incluyen una etapa de secado por pulverización o una etapa de secado en suspensión, comprenden preferentemente P y/o K en purezas comercialmente aceptables fácilmente utilizables para fertilizantes comerciales (10). Tales fertilizantes pueden esparcirse sobre cosechas o campos agrícolas. Los líquidos (9) que también resultan de la etapa de separación en centrífuga decantadora, tal como agua de desechos, también pueden desviarse a campos agrícolas, puede desviarse de nuevo a establos o casas de animales, o a un sistema de tratamiento de aguas negras.

En otra realización, sólo el fósforo (P) se recoge tras la separación en la centrífuga decantadora, y el agua en forma de agua de desechos se recoge en un tanque separado para más purificación, que incluye adicionalmente la eliminación de N, la eliminación de olores y la mayoría de los sólidos restantes. Esto puede hacerse, por ejemplo, mediante fermentación aerobia. El potasio (K) también puede separarse de los líquidos en esta etapa.

En una realización preferida adicional, el primer tanque de pretratamiento puede suministrarse opcionalmente con material orgánico procedente de depósitos de ensilado (4) que comprenden materiales orgánicos fermentables. El desvío de tales materiales orgánicos al primer tanque de pretratamiento puede comprender una etapa que implica una fermentación anerobia tal como, por ejemplo, un tanque de fermentación termófila que puede eliminar gases del ensilado. Adicionalmente, las pajas y, por ejemplo, los rastrojos procedentes de campos agrícolas (5) también pueden desviarse a establos o casas de animales y posteriormente al primer y/o segundo tanque de pretratamiento.

La figura 5 y 6 divulga en conjunción otro ejemplo de una planta para procesar material orgánico con la que puede integrarse la derivación/dispositivo(s) separador(es) de la presente invención. Las diferentes partes de la planta se divulgan a continuación en este documento en más detalle.

Casas de animales

Las casas de animales (número de componente 1) sirven para proporcionar una seguridad alimentaria y calidad alimentaria óptimas, un bienestar de los animales y condiciones de trabajo óptimas para el personal trabajador en los alojamientos, un control óptimo de los purines adecuado para procesarlos como divulga en este documento y una reducción de emisiones al entorno exterior a un mínimo (amoniaco, polvo, olor, metano, dióxido de nitrógeno y otros gases).

El sistema de alojamiento puede estar constituido por una o más casas de destetamiento temprano con un total de, por ejemplo, 10 secciones diseñadas para producir aproximadamente 250 unidades de animales de cría anualmente. Cada sección aloja, por ejemplo, 640 cochinillos (7-30 kg) o 320 cerdos para matanza (30-98 kg).

Puede esperarse que anualmente se produzca una cantidad de aproximadamente 10.000 m^{3} de purín de tales casas de animales. Además de este volumen, debe reciclarse una cantidad de 5-10.000 m^{3} de agua de procedimiento a través de las casas.

Tanque de recogida de purines

La función de un tanque de recogida de purines (número de componente 2) es recoger el purín de los lavados diarios de las casas de animales y trabajarlo como un tampón antes de bombearlo al tanque de recepción principal. El purín se desvía al tanque de recogida por medio de gravitación. El volumen del tanque puede ser cualquiera apropiado tal como, por ejemplo, aproximadamente 50 m^{3}. El tanque puede estar hecho de hormigón y puede colocarse debajo del suelo en las casas de animales de manera que el purín de las casas pueda desviarse al tanque de recogida por medio de gravitación.

Tanque de recepción principal

El purín del tanque de recogida se bombea preferentemente al tanque de recepción principal (número de componente 3). Otros tipos de estiércol/residuos líquidos tales como, por ejemplo, harina de carnes y huesos, también pueden añadirse al tanque de recepción de otras granjas/plantas de procesamiento. Además de harina de carnes y huesos, al tanque de recepción principal se le puede añadir purín de visón, purín de ganado, melaza, vinaza, ensilado, etc. El material puede transportarse al tanque de recepción en camión y puede cargarse directamente en el tanque de recepción. El volumen/capacidad es cualquiera apropiado tal como, por ejemplo, aproximadamente 1.000 m^{3}. El nivel en el tanque separador y de desinfección (12, véase más abajo) lo controla preferentemente una bomba que bombea purín del tanque de recepción al tanque separador y de desinfección. El ajuste de dosis puede ser manual o automático. La capacidad máxima puede ser cualquiera apropiada dadas las circunstancias.

Adición de CaO

Cuando el purín está siendo bombeado del tanque 3 de recepción al tanque 12 separador y de desinfección, la cal se añade al purín con el fin de disminuir el pH. El colector de adición de cal se ajusta preferentemente para añadir 30-60 g de CaO/kg (peso seco). La cal se suministra preferentemente como un polvo que puede vaciarse en el silo desde el camión. El volumen/capacidad del silo puede ser, por ejemplo, aproximadamente 50-75 m^{3}. La dosis de 30-60 g/kg (peso seco) se corresponde con aproximadamente 6-12 kg de CaO por hora con una capacidad de purines de 3,5 m^{3}/h con 6% (peso seco).

Cuando se añade directamente al purín (6% en peso seco), la dosis de cal es aproximadamente 60 g/kg (en peso seco) de rendimiento (aproximadamente 8,8 kg de CaO por hora). Sin embargo, se prefiere añadir la cal directamente a la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina. Cuando la cal se añade directamente a la unidad a presión (los medios de E mantienen el 20-70% (peso seco)), la dosis de cal es aproximadamente 30-60 g/kg (peso seco). 60 g/kg (peso seco) son iguales a aproximadamente 342 kg de CaO por lote, mientras que 30 g/kg de materia seca son iguales a aproximadamente 171 kg de CaO por lote.

Establecimiento del equilibrio

Un equilibrio óptimo (número de componente 5) puede considerar los medios de E de entrada (material orgánico que contiene energía). Los proveedores especificarán preferentemente el tipo de medio que se suministra a la planta, es decir, cama profunda, cultivos energéticos, etc., de diversos tipos.

La especificación debe hacerse seleccionando los medios de E relevantes en un panel de control. Según los proveedores, el registro del panel puede registrar el peso de los medios de E recibidos, incluida la especificación de medios.

Estación de recepción de cama profunda y cultivos energéticos

Una estación de recepción opcional (número de componente 6) deberá recibir cama profunda de, por ejemplo, aves de corral u otros animales, además de cultivos energéticos. La estación es preferentemente un gran silo equipado con varios transportadores de tornillo en el suelo. Los camiones vaciarán su carga de medios de E directamente en el silo. El volumen/capacidad puede ser cualquiera apropiada dadas las circunstancias tales como, por ejemplo, una capacidad anual de medios de E (aproximadamente el 51,5% (peso seco)) de aproximadamente 9.800 toneladas. El volumen del silo puede ser de varios metros cúbicos a aproximadamente 100 m^{3}, correspondientes a tres días de capacidad (65 h). Los materiales son preferentemente hormigón/acero.

La estación de recepción está conectada al autoclave de cal mediante un sistema de transporte y homogeneización.

Silo para cultivos energéticos

Un silo óptimo para cultivos energéticos (número de componente 7) sirve para proporcionar medios de almacenamiento para cultivos energéticos. Las cosechas se conservan preferentemente como ensilado. El volumen/capacidad puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 5.000-10.000 m^{3}. El silo puede ser un compartimento cerrado del que se recoge el jugo de ensilado y se bombea al tanque de recepción. El ensilado puede desgasificarse y/o fermentarse antes de desviarse a la estación de recepción.

Sistema de transporte y homogeneización para cama profunda y cultivos energéticos

Un sistema de transporte y homogeneización (número de componente 8) para cama profunda y cultivos energéticos recibe preferentemente medios de E de los transportadores de tornillo en el suelo de la estación de recepción. Los medios de E pueden transportarse por transportadores de tornillo adicionales a la unidades de autoclave y al mismo tiempo macerarse preferentemente por un macerador integrado. El volumen/capacidad puede ser cualquiera requerida dadas las circunstancias que incluyen aproximadamente 1,5 m^{3} de medios de E/hora, o 8.200 toneladas de medios de E/año. La capacidad del sistema de transporte y homogeneización es preferentemente no inferior a aproximadamente 30 m^{3}/hora. Tres parámetros fundamentales deberán controlar la adición de medios de E, es decir, volumen, peso por volumen y tiempo. De estos parámetros debe establecerse el volumen por unidad de tiempo, el tiempo y, por tanto, el volumen y el peso total.

Unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina

Una unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina, tal como un autoclave de cal (número de componente 9), debe servir para dos fines principales, es decir, en primer lugar la eliminación de patógenos microbianos en los medios de E, en particular en cama profunda de diversas aves de corral u otras producciones de animales y, en segundo lugar, al mismo tiempo hidrolizar los componentes estructurales de la cama con el fin de convertirlos en disponibles para la degradación microbiana en los fermentadores.

La unidad también deberá eliminar preferentemente o al menos reducir sustancialmente cualquier prión viral y/o de EEB si está presente en los residuos introducidos en la planta. Tales residuos incluyen harina de carnes y huesos, grasas animales o productos alimenticios similares del procesamiento de animales no usados para consumo. De esta forma se prevé que, por ejemplo, la harina de carnes y huesos procedente de reses posiblemente infectadas por EEB puedan usarse según la presente invención. Similarmente, también puede usarse aves de corral que han contraído enfermedades tales como, por ejemplo, la enfermedad de Newcastle.

El llenado del esterilizador a presión se proporciona por el sistema de transporte y homogeneización que transporta medios de E según el tipo de medios de E como se define en el establecimiento del equilibrio.

La unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina genera varios gases diferentes y otros compuestos malolientes no deseados. Ejemplos incluyen:

\bullet Ácidos carboxílicos

\bullet Alcoholes

\bullet Compuestos fenólicos

\bullet Aldehídos

\bullet Ésteres

\bullet Heterociclos de nitrógeno

\bullet Aminas

\bullet Sulfuros

\bullet Tioles (mercaptanos)

\vskip1.000000\baselineskip

Los compuestos anteriores son o ácidos, básicos o neutros. Por consiguiente, la columna de absorción comprende preferentemente tres columnas con el fin de tener en cuenta las diferentes químicas necesarias con el fin de neutralizar estos compuestos.

La fase gaseosa generada en la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina se desvía inicialmente a un complejo de absorbedores que comprende i) absorbedor de bases que puede eliminar componentes ácidos, luego la fase gaseosa se desvía a ii) un absorbedor de ácidos que puede eliminar componentes básicos tales como, por ejemplo, amoniaco y aminas, y finalmente la fase gaseosa se desvía a iii) un absorbedor de hipocloritos que puede oxidar los compuestos neutros.

La unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina comprende preferentemente una cámara alargada con puerto(s) de entrada y salida para el material orgánico. Un agitador está colocado en el centro de la cámara alargada. El vapor caliente/vapor se usa para calentar el material orgánico. El vapor puede entrar directamente a la
cámara.

El material orgánico sólido puede desviarse a la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina por una válvula. El material orgánico líquido puede desviarse a la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina por una boquilla o una pieza de conexión. La unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina también comprende una salida para la derivación de sustancias gaseosas al complejo de absorbedores descrito en otra parte en este
documento.

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Los parámetros de operación son del siguiente modo:

\bullet Presión:: 2-10 bar

\bullet Temperatura:: 100-220ºC

\bullet Tiempo de procesamiento:: Preferentemente inferior a 2 temporizadores (aproximadamente 40 min a 160ºC).

Después del procesamiento en la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina, la presión puede reducirse desviando la biomasa fría o el material orgánico a la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina. El material orgánico procesado se elimina preferentemente de la unidad de esterilización e hidrólisis a presión alcalina mientras que todavía está bajo algo de presión.

Tanque de mezcla para medios de E y purín bruto esterilizados a presión

Tras la esterilización e hidrólisis en la unidad a presión, la biomasa tratada se deja expandir en un tanque de mezcla (número de componente 10) localizado preferentemente debajo de la unidad a presión. La presión (vapor) en exceso se libera en el tanque separador y de desinfección con el fin de recoger amoniaco y transferir calor a la biomasa del tanque separador antes de la expansión en el tanque de mezcla.

El fin del tanque de mezcla es mezclar el purín bruto frío del tanque de recepción con medios de E esterilizados calientes con el fin de obtener transferencia de calor (reutilización del calor) y mezclar los dos medios.

El volumen/capacidad es, por ejemplo, aproximadamente 25 m^{3}. Puede usarse cualquier material adecuado incluyendo fibra de vidrio aislada. La temperatura de trabajo es normalmente aproximadamente 70-95ºC.

Tanque para biomasa líquida

La biomasa líquida contenida en el tanque para biomasa líquida (número de componente 11) puede usarse para garantizar la suficiente producción de biogás durante la fase de arranque de toda la planta. Sin embargo, también puede usarse ocasionalmente cuando tal biomasa líquida esté disponible. La biomasa líquida incluye, por ejemplo, aceite de pescado o grasas animales o vegetales. También puede usarse vinaza y melaza, pero esto no se prefiere debido al contenido relativamente alto de agua y, por tanto, el bajo contenido de energía potencial por kg de producto.

El volumen/capacidad es normalmente aproximadamente 50 m^{3} y un material adecuado para el tanque es acero inoxidable. El contenido del tanque es preferentemente líquidos y sólidos que tienen un tamaño de partícula de cómo máximo 5 mm. Preferentemente se proporciona agitación, además de un sistema de calentamiento para el control de la temperatura, como son bomba(s) de alimentación al (a los) fermentador(es). La temperatura deberá ser preferente-
mente como mínimo 75ºC de manera que la biomasa aceitosa o grasa pueda bombearse al (a los) fermentador(es).

Tanque separador y de desinfección

El tanque separador y de desinfección (número de componente 12) recibe preferentemente los siguientes medios:

\bullet: Purín del tanque de recepción (3) y/o

\bullet: Medios de E del autoclave (9), y/o

\bullet: Posiblemente biomasa líquida del tanque de biomasa líquida (11), y/o

\bullet: Agua de desechos del decantador (18) o posiblemente después de la separación de K (25).

El fin del tanque es regenerar el calor usado en el autoclave mediante calentamiento del purín del tanque de recepción, mezclar los medios de E con purín y de ahí producir una alimentación homogénea a los fermentadores para controlar el pH antes de la alimentación a los fermentadores, y desinfectar el purín.

El tanque separador y de desinfección separa el amoniaco y el fluido de amoniaco se desvía a una columna de absorción. Los patógenos microbianos se eliminan y los medios/purín se preparan para la digestión anaerobia.

El tanque separador y de desinfección suministran al (a los) fermentador(es) material pretratado para la fermentación. En un procedimiento controlado, el material se transportará a los fermentadores. La demanda de material depende del procedimiento de digestión en los fermentadores. Pueden emplearse uno, dos, tres o más fermentadores.

El tanque separador y de desinfección se llena regularmente con el purín y los medios de E del procedimiento a presión alcalino. Finalmente, para obtener una materia seca de aproximadamente el 15% (peso seco), uno o más interruptores de nivel regulan el contenido en el tanque. Una unidad de medida (de peso seco) regula el contenido de (peso seco). Cada, por ejemplo, 1 hora después de llenar de purín y medios de E es posible bombear los medios de E al (a los) fermentador(es).

La cabeza del tanque separador y de desinfección se ventila preferentemente a través de una unidad de absorción de amoniaco, y una unidad de medición de pH regula la necesidad de CaO. Un procedimiento controlado puede bombear opcionalmente agua/purín al sistema de llovizna para evitar la producción de espuma.

Fermentadores para la producción de biogás

La digestión de la biomasa se proporciona por un sistema de fermentadores de etapas múltiples que preferentemente comprende tres fermentadores (componentes 13, 14 y 15). También pueden aplicarse sistemas con menos, además de más fermentadores.

Los fermentadores están preferentemente conectados para lograr la máxima flexibilidad y producción óptima de biogás. Los fermentadores deberán planearse para el funcionamiento rutinario a temperaturas termófilas (45-65ºC), además de mesófilas (25-45ºC), respectivamente. La regulación del pH es posible mediante la adición de un ácido orgánico (líquido) en cantidades necesarias.

Los fermentadores reciben preferentemente los siguientes medios:

\bullet: Medios de E del tanque separador y de desinfección (12)

\bullet: Biomasa líquida del tanque de biomasa líquida (11)

\bullet: Ácidos del tanque de ácido (16)

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Las condiciones de funcionamiento pueden ser cualquier condición adecuada que incluye

4

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La digestión debe realizarse preferentemente a de aproximadamente 55ºC a aproximadamente 65ºC, tal como a aproximadamente 60ºC como se divulga en otra parte en este documento en más detalle. La pérdida de calor se estima a aproximadamente 10 kW. La biomasa en el tanque puede calentarse de 5ºC a 55ºC durante 14 días, con la posibilidad de adición de ácido para el ajuste de pH.

La derivación/dispositivo(s) separador(es) como se divulgan en detalle en otra parte en este documento está preferentemente funcionalmente unida al (a los) fermentador(es) anteriores con el fin de eliminar amoniaco y así evitar cualquier exceso no deseado de amoniaco en los fermentadores. Un desgasificador de "previo a la derivación" puede opcionalmente incluirse como se describe en otra parte en este documento.

El biogás generado puede desviarse, por ejemplo, a un motor de gas/motor que puede calentar una fuente de calentamiento que posteriormente puede desviarse al evaporador. El vapor frío se genera tras una reducción de la presión. El vapor frío se desvía a la derivación para extraer amoniaco y opcionalmente también otros compuestos volátiles.

Tanque para ácidos orgánicos para los ajustes de pH en fermentadores

Preferentemente también se proporciona un tanque para ácidos orgánicos (número de componente 16) para ajustes de pH en el (los) fermentador(es).

Tanque de tampón para el purín desgasificado antes del decantador

Tras la digestión de la biomasa en los fermentadores, la biomasa desgasificada se bombea opcionalmente a un tanque de tampón (número de componente 17) antes de someterse a la separación en el decantador. La biomasa también puede desviarse directamente a una instalación de decantador como se describe a continuación.

Instalación de decantador

La función de la instalación de decantador (número de componente 18) es extraer sólidos en suspensión (ss) y P de la biomasa.

El decantador separa la biomasa digerida en las dos fracciones i) sólidos, que incluye P, y ii) agua de desechos.

La fracción de sólidos contiene el 25-35% de materia seca, aproximadamente el 90% de ss y el 65-80% del contenido de P se extrae de la biomasa digerida. En el caso de la adición de PAX (Kemira Danmark) al tanque de tampón antes de la separación en el decantador, puede extraerse aproximadamente el 95-99% de P. La fracción de sólidos se transporta a recipientes por medio de un transportador de tornillo libre de eje.

El agua de desechos contiene el 0-1% de ss y K disuelto. El ss depende de la adición de PAX. El componente principal del agua de desechos es K disuelto que asciende a aproximadamente el 90% del contenido de K original en la biomasa. El agua de desechos se bombea al tanque de agua de desechos.

Sistema de transporte de la fracción de P y tratamiento

De la instalación del decantador, la fracción de materia sólida (llamada rutinariamente fracción de P) puede transportarse a una serie de recipientes por medio de tornillos y cintas transportadoras que forma un sistema de transporte de la fracción de P (número de componente 19).

Una cinta transportadora común transporta la fracción de P a un almacenamiento en el que se apila en millas, se cubre con una capa de compost y se deja compostar. El procedimiento de compostaje seca adicionalmente la fracción de P y, por tanto, el contenido de materia seca aumenta al 50-60%.

Segunda etapa de separación de N

Se prefiere la separación eficiente del amoniaco del agua de desechos, y se prefiere un nivel residual de aproximadamente 10 mg de NH_{4}-N/l o menos.

La segunda etapa de separación puede llevarse a cabo usando un separador de vapor operado a presión ambiente. Ejemplos de separadores de vapor preferidos se divulgan en otra parte en este documento.

El principio del separador se beneficia de las diferentes temperaturas de ebullición del amoniaco y el agua. A temperaturas próximas a 100ºC, la extracción del amoniaco es más eficiente.

El uso de energía con el fin de calentar la alimentación es un parámetro de funcionamiento esencial. Por tanto, la unidad separadora debe precalentar la alimentación que entra a la columna separadora hasta próxima a 100ºC. Esto puede proporcionarse usando vapor (o posiblemente agua caliente y vapor) de una unidad de motor generador en un intercambiador de calor de vapor-agua.

Cuando se calienta la alimentación, entra a la columna separadora y se percola por la columna mientras que, al mismo tiempo, se calienta a la temperatura de funcionamiento por una contracorriente de vapor libre. El vapor/gas amoniaco se condensa posteriormente en un condensador de una o dos etapas. Desde el suelo de la columna, el agua ahora esencialmente libre de amoniaco se bombea a una bomba de salida de nivel controlado.

El amoniaco separado puede desviarse al fondo de un condensador lavador de dos etapas en el que el gas amoniaco se condensa principalmente en una contracorriente de condensado de amoniaco refrigerado. El gas amoniaco no condensado puede condensarse opcionalmente en una contracorriente de agua pura (permea posiblemente de la etapa final de la ósmosis inversa). Si se desea o es necesario el uso de ácido, es apropiado usar ácido sulfúrico en esta etapa. Por tanto, es posible lograr una mayor concentración final de amoniaco. El condensador lavador está construido preferentemente de un polímero con el fin de permitir el uso de ácidos.

La segunda separación final se lleva a cabo preferentemente usando el dispositivo separador descrito anteriormente en este documento (es decir, pero sin que el dispositivo esté conectado a la derivación).

Columna de absorción de amoniaco (para uso con la primera y/o segunda separación de N)

En una realización, un lavador de condensado puede usarse con el fin de ganar flexibilidad en lo referente a la adición de ácido. La columna (número de componente 21) está preferentemente construida en dos secciones de manera que la fracción de amoniaco no condensado en la primera sección se condensa posteriormente en la segunda sección. Esto tiene lugar en una contracorriente completa de manera que la adición de agua está limitada en la medida de lo posible. Así se alcanza una concentración máxima de amoniaco en el condensado final (aproximadamente o superior al 25%). El producto amoniaco puede bombearse fuera con una bomba separada o sacarse por una válvula en la bomba de circulación. La absorción puede ayudarse mediante la adición de ácido sulfúrico en la contracorriente de agua.

La columna de absorción de amoniaco es preferentemente un absorbedor de ácido, y la columna forma parte de un complejo de absorbedores que comprende i) absorbedor de bases que puede eliminar componentes ácidos, ii) un absorbedor de ácidos que puede eliminar componentes básicos tales como, por ejemplo, amoniaco y aminas, y iii) un absorbedor de hipocloritos que puede oxidar los compuestos neutros.

Tanque de ácido sulfúrico

El tanque de ácido sulfúrico se usa para almacenar el ácido sulfúrico usado en el procedimiento de separación de N (número de componente 22).

Tanque de N

El tanque de N (número de componente 23) se usa para almacenar el N separado.

Depósito de gas

Se prefiere establecer un depósito de gas (número de componente 24) como un depósito de tampón para la alimentación de, por ejemplo, un motor de motor generador.

Tanque de agua de desechos

El agua de desechos se bombea preferentemente de la instalación de decantador al tanque de agua de desechos (número de componente 25).

El tanque de agua de desechos está equipado con un microfiltro sumergido con operación estática. El microfiltro debe eliminar las partículas superiores a 0,01 - 0,1 \mum. Una presión negativa de 0,2-0,6 bar puede formarse en la membrana. Por tanto, el permeado es succionado a través de la membrana reteniendo las partículas sobre la superficie de la membrana. Con el fin de prevenir la formación de cascarilla y el ensuciamiento de la membrana, el recubrimiento de las superficies de la membrana tiene que eliminarse por un procedimiento periódico de lavado a contracorriente.

Un dispositivo de control por microprocesador debe controlar automáticamente la extracción de permeado y el procedimiento de lavado a contracorriente. La extracción deberá interrumpirse por el lavado a contracorriente periódico, por ejemplo, durante 35 segundos durante cada 300 segundos de tiempo de funcionamiento. El flujo total deberá ser 2-6 m^{3} por h.

Puede aplicarse aireación para ayudar en la microfiltración. La aireación impone una tensión de cizallamiento en la superficie de la membrana que reduce la formación de cascarilla y el ensuciamiento. Adicionalmente airea el agua de desechos y estimula la descomposición aerobia de materia orgánica residual, la nitrificación y la desnitrificación. Por tanto, el posible olor residual, el nitrato, etc., se elimina durante el procedimiento de microfiltración.

De este tanque, el permeado debe usarse para:

\bullet: Aclarar las casas de animales, canales, listones, etc.

\bullet: Separación adicional. El K disuelto debe concentrarse por medio de ósmosis inversa, almacenándose la fracción de K en un tanque de almacenamiento separado. El agua para aclarar las casas de animales también pueden tomarse de este flujo de permeado.

\bullet: El K también puede concentrarse por otros medios tales como compresión mecánica o del vapor. Esto depende de la elección específica para cada planta específica y la cantidad de calor en exceso disponible para la compresión del vapor.

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El tanque de agua de desechos que contiene el concentrado de la microfiltración debe vaciarse a intervalos regulares para eliminar el concentrado de partículas. Éste debe añadirse o a la fracción de K o a la fracción de P del decantador.

Tanque de K

El tanque de K (número de componente 26) sirve de almacenamiento del concentrado de potasio (K).

Limpieza de gases

El biogás producido en los fermentadores puede contener cantidades traza de sulfuro de hidrógeno (H_{2}S) que son necesarias eliminar (número de componente 27) antes de quemar el biogás en una central de cogeneración.

El gas debe limpiarse empleando la capacidad de ciertas bacterias aerobias para oxidar el H_{2}S a sulfato. El género debe ser principalmente el género Thiobacillus que es conocido de varios entornos terrestres y marinos. También puede usarse otro género tal como Thimicrospira y Sulfolobus.

Un tanque hecho de fibra de vidrio relleno con tubos de plástico con una gran área superficial debe aclararse con agua de desechos para mantener la humedad del material de relleno. El biogás se desvía a través de la columna con relleno y a la corriente de biogás se añade una corriente de aire (de aire atmosférico). El aire atmosférico se añade para proporcionar una concentración de oxígeno del 0,2% en la corriente de gas, es decir, suficiente para oxidar el H_{2}S y, por tanto, no para producir una mezcla explosiva de biogás y oxígeno. Se usa una soplante lateral de anillo.

Central de cogeneración (CHP)

El componente principal en la CHP (número de componente 28) puede ser, por ejemplo, un motor de gas conectado a un generador para la producción de energía eléctrica. La prioridad principal de la CHP es producir tanta energía eléctrica como sea posible relativamente al calor. El motor se refrigera preferentemente por un circuito de agua (90ºC) y el calor generado se usa preferentemente en el procedimiento de planta y/o para el calentamiento de, por ejemplo, las casas de animales.

El gas de escape se usa en un recuperador para la producción de vapor. El vapor se usa como fuente de calentamiento en el procedimiento de planta, es decir, en la unidad de esterilización a presión y en el separador de N. Dependiendo de la cantidad de vapor también puede usarse para concentrar el K en el agua de desechos (evaporación de vapor).

La fuente de calentamiento generada también puede desviarse al evaporador funcionalmente unido a la derivación. Una reducción de la presión en el evaporador da como resultado la generación de vapor frío que puede desviarse al líquido de fermentación contenido en la derivación. Los compuestos volátiles tales como, por ejemplo, el amoniaco pueden separarse al menos parcialmente del líquido de fermentación en esta forma como se describe en otra parte en este documento, y el líquido de fermentación al menos parcialmente separado en la derivación puede devolverse al fermentador.

Entre el circuito de vapor y de calor se instalará un intercambiador de calor, así es posible transferir calor del sistema de vapor al sistema de calor. Además del generador genérico anteriormente mencionado se instalará una caldera de vapor. Esta caldera se usará para la producción de calor para empezar el procedimiento, y además se usará como una reserva para el generador genérico. Si se produce más vapor que el necesario en el procedimiento de planta, el resto de la producción puede evaporarse en un refrigerador.

Para empezar el procedimiento de planta (calentamiento de los tanques del fermentador), etc., el calor se proporciona, por ejemplo, mediante una caldera de aceite. Tan pronto como se logra la producción de gas, el quemador de aceite se cambiará a un quemador de gas. Tan pronto como la producción de gas es suficientemente grande para arrancar el motor, el motor absorberá la producción de calor.

Separación de potasio

Al menos son posibles dos alternativas para separar potasio del agua de desechos (número de componente 29). A niveles de producción de biogás relativamente bajos, el motor del motor generador produce calor en exceso (vapor a 160ºC) que puede usarse para concentrar el K. El destilado libre de nutrientes puede usarse para la irrigación de campos o recircularse por toda la planta.

A velocidades relativamente bajas de producción de biogás puede usarse un microfiltro para filtrar partículas superiores a 0,001 \mum, tales como superiores a 0,01 \mum, por ejemplo superiores a 0,1 \mum, del agua de desechos que hace que el permeado sea adecuado para el tratamiento en un filtro de ósmosis inversa habitual. El K puede concentrarse preferentemente hasta una disolución al 5-15% (v/v), opcionalmente una disolución al 10-20% (v/v).

Claims

1. Un sistema que comprende un dispositivo separador para separar compuestos volátiles de un medio líquido, comprendiendo dicho dispositivo separador:

a) una derivación en la que el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles puede desviarse de un fermentador o reactor de biogás, siendo dicha derivación en forma de una corriente lateral a dicho fermentador o reactor de biogás,

b) bombas, válvulas y tuberías para desviar el medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles a la derivación de dicho fermentador o reactor de biogás, y

c) un dispositivo evaporador que comprende una muestra de líquido acuoso al que puede añadirse el calor obtenido de una fuente de calor externa, en el que una reducción de la presión en dicho evaporador a una primera presión inferior a una presión de referencia predeterminada genera vapor frío, y

d) bombas, válvulas y tuberías para dirigir el vapor frío generado por el evaporador de la etapa c) a través de dicho medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles en la derivación del dispositivo separador a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, separándose así compuestos volátiles y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y

e) un primer dispositivo de condensación, y

f) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a la presión de referencia predeterminada al primer dispositivo de condensación, y condensar en una primera etapa de condensación en dicho primer dispositivo de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende dichos compuestos volátiles y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, y,

g) una unidad separadora para separar compuestos volátiles a dicha presión de referencia predeterminada o a una segunda presión superior a dicha presión de referencia predeterminada,

h) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles obtenidos en la etapa f) a la unidad separadora, y separar al menos parte de los compuestos volátiles de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles inyectando vapor acuoso caliente a dicha presión de referencia o a la segunda presión mayor, obteniéndose así un vapor caliente que comprende compuestos volátiles y líquido acuoso separado de al menos parte de dichos compuestos volátiles,

i) un segundo dispositivo de condensación, y

j) bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles a un segundo dispositivo de condensación y condensar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un condensado que comprende compuestos volátiles,

en el que el vapor frío es vapor generado a una temperatura inferior a 100ºC y a una presión inferior a 1 bar, y

el vapor caliente es vapor generado a una presión de 1 bar o más.

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que el dispositivo separador comprende además un dispositivo de condensación adicional y bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación al dispositivo de condensación adicional para eliminar al menos alguno de los compuestos volátiles restantes de dicho vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, implicando dicha condensación adicional la etapa de lavar el vapor en una contracorriente de líquido acuoso, obteniéndose así una fracción combinada de líquido acuoso que comprende el primer medio líquido acuoso condensado del primer dispositivo de condensación y compuestos volátiles condensados en el dispositivo de condensación adicional, y opcionalmente vapor no condensado por el dispositivo de condensación adicional.

3. El sistema según la reivindicación 1 en el que la derivación comprende además una unidad predesgasificadora para eliminar gases no deseados que afectan la separación del amoniaco, que incluyen gases no deseados tales como metano, dióxido de carbono y disulfuro de hidrógeno, del material orgánico antes de que la parte restante del material orgánico se ponga en contacto con el vapor frío generado por el evaporador.

4. Una unidad móvil que comprende el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicha unidad móvil puede conectarse a una instalación fija en forma de un fermentador o un reactor de biogás.

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5. Una planta para procesar material orgánico que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha planta el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo dicha planta además al menos un fermentador y/o al menos un reactor de biogás, en la que dicho material orgánico se fermenta a condiciones mesófilas y/o termófilas, en la que el dispositivo separador para separar compuestos volátiles está conectado a al menos un fermentador y/o el al menos un reactor de biogás, en la que el medio líquido acuoso de dicho al menos un fermentador y/o dicho al menos un reactor de biogás puede desviarse a la derivación a través de dicha conexión.

6. La planta de procesamiento según la reivindicación 5 que comprende

i): un autoclave de cal para hidrolizar el material orgánico,

ii): un tanque separador para separar el amoniaco de dicho material orgánico esterilizado en autoclave de cal, y

iii): un fermentador para fermentar dicho material orgánico esterilizado en autoclave de cal y separado de amoniaco.

7. La planta según cualquiera de la reivindicación 6 que comprende además una centrífuga decantadora para separar el material orgánico fermentado en una fracción semisólida que comprende el 30-40% (peso/peso) de materia seca de la que del 2 al 10% (peso/peso) es fósforo, y una fracción líquida que comprende agua de desechos.

8. La planta según la reivindicación 7 que comprende además un dispositivo separador para separar amoniaco del agua de desechos, comprendiendo dicho dispositivo separador

a): un dispositivo evaporador que comprende una muestra de líquido acuoso al que puede añadirse el calor obtenido de una fuente de calor externa en el que una reducción de la presión en dicho evaporador a una primera presión inferior a 1 bar genera vapor frío, y

b): bombas, válvulas y tuberías para dirigir el vapor frío generado por el evaporador de la etapa a) a través de dicha agua de desechos a una presión inferior a 1 bar, separándose así el amoniaco de dicha agua de desechos y obteniéndose un vapor frío que comprende amoniaco, y

c): un primer dispositivo de condensación operado a una presión inferior a 1 bar, y

d): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor frío que comprende amoniaco a una presión inferior a 1 bar al primer dispositivo de condensación para condensar en una primera etapa de condensación en dicho primer dispositivo de condensación dicho vapor frío que comprende amoniaco a una presión inferior a 1 bar, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco y vapor no condensado por el primer dispositivo de condensación, y

e): una unidad separadora para separar amoniaco a o por encima de una presión de 1 bar,

f): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende amoniaco obtenido en la etapa d) a la unidad separadora y separar al menos parte del amoniaco inyectando vapor caliente a o por encima de una presión de 1 bar, obteniéndose así un vapor caliente que comprende amoniaco y medio líquido acuoso separado de al menos parte de dicho amoniaco,

g): un segundo dispositivo de condensación, y

h): bombas, válvulas y tuberías para desviar dicho vapor caliente que comprende amoniaco a un segundo dispositivo de condensación y condensar dicho vapor caliente que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un condensado de amoniaco.

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9. Un procedimiento para controlar la fermentación de material orgánico que comprende compuestos volátiles no deseados, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de

a): proporcionar un fermentador que comprende un medio líquido que comprende material orgánico y una biomasa que pueden fermentar dicho material orgánico,

b): desviar dicho medio líquido a una corriente lateral del fermentador en forma de una derivación,

c): poner en contacto dicho medio líquido en dicha derivación con vapor frío a una primera presión inferior a 1 bar, obteniéndose así un vapor frío que comprende compuestos volátiles y medio líquido al menos parcialmente separado de compuestos volátiles,

d): condensar dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles, obteniéndose así un primer medio líquido condensado,

e): inyectar vapor caliente en dicho primer medio líquido condensado a una segunda presión de al menos aproximadamente 1 bar,

f): separar al menos parte de dichos compuestos volátiles comprendidos en dicho primer medio líquido condensado y obtener un vapor caliente de compuestos volátiles y un medio líquido condensado separado de al menos parte de compuestos volátiles, y

g): redirigir dicho medio líquido al menos parcialmente separado de compuestos volátiles en la etapa c) a dicho fermentador y/o devolver dicho medio líquido condensado separado de esencialmente todos los compuestos volátiles en la etapa f) a dicha desviación o a dicho fermentador, en el que dicha separación de compuestos volátiles y dicha redirección de dicho medio líquido al menos parcialmente separado controla la fermentación de dicho material orgánico.

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10. Un procedimiento para separar compuestos volátiles de un medio líquido, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de

a): proporcionar un medio líquido acuoso que comprende compuestos volátiles, y

b): desviar dicho medio líquido que comprende compuestos volátiles a una derivación funcionalmente unida a una fuente de calentamiento tal como un evaporador y un dispositivo de condensación,

c): obtener vapor frío en el evaporador añadiendo calor a una muestra de líquido acuoso y reducir la presión por debajo de una presión de referencia predeterminada, y

d): dirigir dicho vapor frío a través de dicho medio líquido que comprende compuestos volátiles en la derivación del dispositivo separador a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, preferentemente 1 bar, separándose así compuestos volátiles y obteniéndose un vapor frío que comprende compuestos volátiles, y

f): condensar en una primera etapa de condensación dicho vapor frío que comprende compuestos volátiles a dicha presión inferior a una presión de referencia predeterminada, obteniéndose así un primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuestos volátiles, y

h): separar el compuesto volátil de dicho primer medio líquido acuoso condensado que comprende compuesto volátil mediante calentamiento de dicho primer líquido acuoso condensado en dicha unidad separadora a una segunda presión mayor, preferentemente una presión de 1 bar o más, y obtener un líquido con una concentración reducida de compuestos volátiles.