ES2605481T3 - Procedimiento de separación y dispositivo de separación - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la separación continua de amoniaco o la reducción de amonio de líquidos de fermentación o digestatos de instalaciones de biogás, que comprende un evaporador flash F que está unido a un fermentador o depósito de digestatos A para el suministro de sustrato a través de conductos que comprenden conductos de sustrato de materia prima (1, 2) con una bomba de sustrato de materia prima B intercalada, una separación de impurezas C posterior así como un conducto (3) conectado a esta para el sustrato liberado de impurezas sólidas, un intercambiador de calor D y un conducto (4) conectado al intercambiador de calor D para el sustrato precalentado, introduciéndose el sustrato precalentado en un circuito que comprende un conducto de circuito (5) para el sustrato, un intercambiador de calor E para el calentamiento del sustrato a una temperatura de entrada en el evaporador flash F así como un conducto de circuito (6) para el sustrato calentado, el evaporador flash F, un conducto (7) desde el evaporador flash F y una bomba G conectada a este, pudiendo desprenderse vapores del evaporador flash F a través de un conducto de fase de vapores (14) y pudiendo recircularse la fase líquida caliente a través de conductos que comprenden el conducto (7) desde del evaporador flash a la bomba G en la corriente de circuito, un conducto de escape (8), una bomba de escape H así como un conducto de corriente de sustrato (9), o bien a través de un conducto de realimentación (11) al fermentador o al depósito de digestatos A o bien pudiendo suministrarse a través de un conducto de alimentación (10) a un segundo fermentador o depósito de digestatos I, caracterizado por que el intercambiador de calor D se calienta a través del conducto de corriente de sustrato (9) con la fase líquida caliente procedente del evaporador flash F, y el evaporador flash F está unido a un equipo transportador de gas inerte O a través del conducto de fase de vapores (14), una separación de gotas J y condensadores K y M.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de separacion y dispositivo de separacion

La presente invencion se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la separacion de amoniaco o la reduccion de amonio de ffquidos de fermentacion o digestatos utilizados para la produccion de biogas.

La valorizacion energetica de residuos y subproductos cobra cada vez mas importancia en la produccion sostenible de bienes de consumo. Especialmente en la produccion de alimentos pueden aprovecharse los residuos organicos que se producen mediante la aplicacion de la tecnologfa de biogas para cubrir (parcialmente) la demanda energetica de la produccion. Por lo tanto, la valorizacion de residuos en el contexto de la proteccion medioambiental integrada en la produccion y de la generacion de energfas renovables puede contribuir al desarrollo sostenible de la empresa. Desde una perspectiva nacional, tales medidas son asimismo deseables, puesto que contribuyen a los “objetivos climaticos de 2020” de la UE.

El biogas formado a partir de las sustancias residuales que se producen en la produccion puede transformarse en electricidad y calor en una instalacion de cogeneracion. Como alternativa a esto, el biogas podna depurarse y sustituir directamente al gas natural fosil. Mediante su integracion en una empresa puede asegurarse una disminucion de la energfa termica equivalente a todo un ano. Asf, esta asegurado el uso eficiente de la fuente energetica con elevados grados de eficiencia global. Como efecto secundario positivo, se suprime la eliminacion de estos materiales, que supone un alto consumo energetico debido a su elevado contenido en agua, y nutrientes valiosos, como nitrogeno, fosforo y potasio, pueden devolverse con el digestato a las superficies agncolas.

El fuerte aumento de la demanda mundial de carne y productos carnicos y la produccion asociada a ello originan una acumulacion elevada de subproductos animales no consumibles. Los despojos de matadero como posibles nuevos sustratos de origen industrial poseen un gran potencial para la formacion de metano y no compiten con la produccion de alimentos. Sin embargo, estas y muchas otras sustancias residuales similares como, por ejemplo, residuos de la industria farmaceutica asf como del procesamiento de la sangre (residuos de plasma), residuos de la industria de procesamiento de protema y carne y levaduras y vinazas de la fermentacion de etanol podnan procesarse con el estado actual de la tecnica solo en condiciones diffciles en instalaciones de tratamiento anaerobico de residuos.

En muchas regiones predomina ya un suministro de nitrogeno elevado a los suelos debido a la agricultura y ganadena intensivas. Una aportacion de nutrientes adicional puede traer consigo una eutrofizacion aumentada de las aguas y la contaminacion de las aguas subterraneas. Los metodos para la eliminacion de nitrogeno de los digestatos de biogas posibilitanan la concentracion del amoniaco que se produce en una forma transportable que puede transportarse fuera de la region y, con ello, una proteccion del medio ambiente. Con ello podna volver a aplicarse con mas frecuencia la produccion de biogas en regiones donde solo puede aplicarse de manera diffcil debido a falta de superficies agncolas.

Un problema principal en el camino hacia la implementacion generalizada de la tecnica anaerobica en la valorizacion energetica de, por ejemplo, despojos de matadero, es su elevado contenido en nitrogeno. Los productos de degradacion de los compuestos de nitrogeno, amoniaco (NH3) y amonio (NH/), contenidos en el sustrato dan como resultado inhibiciones de la microbiologfa a partir de ciertas concentraciones. Estas sustancias toxicas dan como resultado una degradacion reducida de los residuos utilizados y, como consecuencia adicional, un proceso de biogas inestable. Por este motivo, los sustratos que contienen nitrogeno a menudo se han cedido a instalaciones de biogas externas para la cofermentacion, mediante lo cual se suprime la posibilidad de una integracion del calor de escape de la instalacion de cogeneracion en la empresa de produccion y disminuye el grado de eficiencia global del matadero.

El proceso descrito en este documento de patente representa una tecnologfa clave para la valorizacion anaerobica de productos de desecho y subproductos ricos en nitrogeno. La eliminacion de la carga de nitrogeno del proceso de biogas garantiza un transcurso de proceso estable y eficiente.

El biogas desempena un papel importante en el contexto de las energfas renovables y la proteccion del medio ambiente en el ambito empresarial. Un ejemplo de ello lo representa la industria de procesamiento de productos de matadero y carnicos. Los subproductos animales no consumibles ofrecen un gran potencial energetico en la valorizacion anaerobica. Con el estado actual de la tecnica, tales sustratos con alto contenido en nitrogeno solo se pueden valorizar en condiciones diffciles en instalaciones de biogas.

En la fermentacion anaerobica, las sustancias organicas utilizadas (como, por ejemplo, protemas, acidos nucleicos, grasas y carbohidratos) se degradan gradualmente con exclusion del oxfgeno por distintos microorganismos anaerobicos para dar lugar a compuestos mas pequenos. Los productos finales del proceso de biogas son metano (CH4), dioxido de carbono (CO2) asf como compuestos minerales y de carbono que no pueden degradarse mas. El nitrogeno unido en la biomasa se libera como amonio (NH4+) y permanece en el producto final de la digestion. Concentraciones demasiado altas pueden inhibir el proceso microbiano o incluso actuar de manera toxica sobre los microorganismos. El amonio se encuentra en un equilibrio dependiente de la temperatura y el valor de pH con el amoniaco (NH3), que es considerado como veneno celular y actua de manera inhibitoria ya en pequenas concentraciones.

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Para que puedan procesarse materias primas con elevadas concentraciones de nitrogeno (por ejemplo, subproductos ricos en protemas de mataderos, residuos de la industria del cuero, sustancias residuales de la produccion de biocombustibles, etc.) en procesos de fermentacion anaerobicos, es preciso el desarrollo de nuevas estrategias.

Para la microbiologfa en el fermentador es importante que haya disponibles ciertas cantidades de componentes de nitrogeno. Estas son necesarias para el crecimiento de biomasa; no obstante, la cantidad absorbida por los microorganismos solo asciende a una fraccion de la cantidad de nitrogeno contenida en el presente sustrato. En el curso del proceso de biogas representado en la ilustracion 1 se hidrolizan, con la exclusion de oxfgeno disuelto, compuestos polimericos por distintos microorganismos anaerobios heterotrofos.

Los polfmeros, protemas y acidos nucleicos que contienen nitrogeno se degradan en la primera etapa para dar lugar a aminoacidos, purinas y pirimidinas. En el transcurso adicional del proceso de degradacion biologico se libera nitrogeno en forma de amonio y permanece (a diferencia de las sustancias organicas biologicamente disponibles que se transforman en biogas) en el lfquido de fermentacion. Con ello incluso se reconcentran los productos de degradacion de nitrogeno. Con el incremento del valor de pH y las temperaturas aumentadas en el proceso, el equilibrio de reaccion se desplaza de amonio a amoniaco.

El amoniaco repercute de manera toxica sobre las bacterias, puesto que casi todas las membranas biologicas son permeables al amoniaco debido al pequeno tamano de la molecula de NH3 asf como a su liposolubilidad.

Entre los distintos microorganismos implicados en la digestion anaerobica, los metanogenos son los menos tolerantes a concentraciones elevadas de amonio y, por eso, son los mas propensos a inhibiciones y efectos toxicos Como consecuencia de la inhibicion, se obtienen entonces rendimientos de biogas bajos y una acumulacion de productos de degradacion intermedios, como acidos grasos volatiles libres. Ademas del rendimiento reducido de energfa renovable, las perturbaciones en el proceso biologico tambien dan como resultado un aumento de las emisiones de olores del producto final de la digestion debido a sustratos insuficientemente degradados.

Para resolver el problema del nitrogeno, hasta el momento son motivo de debate en principio varios enfoques:

• Exclusion de sustratos espedficos con alto contenido en nitrogeno,

• Dilucion del sustrato rico en nitrogeno o

• Separacion del nitrogeno del sustrato

La exclusion y la dilucion de sustratos espedficos pueden considerarse, en efecto, para operadores de instalaciones individuales, pero este camino no resulta oportuno como solucion para la presente problematica de la valorizacion de residuos y subproductos ricos en nitrogeno. Una dilucion de los sustratos, por ejemplo con aguas residuales con bajas concentraciones de nitrogeno, da como resultado una enorme necesidad de espacio de fermentacion adicional. Simultaneamente, se multiplicana el esfuerzo para el almacenamiento y los costes de transporte del digestato. Por eso, el enfoque mas prometedor lo representa la expulsion de los componentes de nitrogeno del proceso de biogas.

Esta manera de proceder disminuye una inhibicion de los microorganismos debido a concentraciones elevadas de NH4+/NH3 y, por eso, ejerce las siguientes influencias positivas sobre el proceso de biogas:

• aumento de los rendimientos de metano con volumen de fermentador constante

• mayores velocidades de degradacion posibilitan una mayor carga volumetrica

• proceso biologico mas estable al evitarse la acumulacion de acidos grasos volatiles libres, que tambien afectan negativamente a la capacidad de rendimiento del proceso

• disminucion de emisiones de olores indeseados gracias a una degradacion completa de la masa organica

Gracias a una separacion de cantidades significativas del nitrogeno amonio puede garantizarse un funcionamiento mejorado y mas estable en una instalacion de biogas existente y aumentarse considerablemente la capacidad de degradacion y, por lo tanto, el rendimiento de metano. Por lo tanto, puede aumentarse la carga volumetrica de los fermentadores, mediante lo cual de ahora en adelante todo el espectro del sustrato asf como su maximo rendimiento de gas puede aprovecharse para la generacion de energfa.

Como resultado de este significativo incremento de rendimiento se obtienen rendimientos correspondientemente mayores de electricidad y calor sin emisiones de CO2 a partir del aprovechamiento incrementado de las capacidades de la instalacion de cogeneracion. Para la eliminacion espedfica de amoniaco de medios lfquidos ya se han desarrollado una serie de procedimientos sobre todo en la tecnologfa de las aguas residuales. Algunos de ellos estan probados parcialmente desde hace algun tiempo a escala industrial y son estado de la tecnica. Para el sector del biogas relativamente nuevo, se han adaptado estas tecnologfas y pueden utilizarse en el ambito del tratamiento de digestatos. Sin embargo, estas tecnologfas se aplican unicamente en casos excepcionales debido al elevado esfuerzo en energfa, recursos y pretratamiento del sustrato.

Generalmente, los metodos para la eliminacion de nitrogeno pueden subdividirse en procedimientos biologicos y ffsico-qmmicos:

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La nitrificacion/desnitrificacion como procedimiento biologico representa una tecnolog^a establecida en la depuracion de aguas residuales biologica. En este caso, la eliminacion de nitrogeno se realiza en dos subetapas:

1. Nitrificacion

La transformacion de amonio en nitrato en condiciones aerobicas se lleva a cabo por bacterias nitrificantes quimiolitotrofas. Esta oxidacion se realiza en dos fases. Las bacterias del “grupo nitroso” pueden oxidar amoniaco o amonio hasta dar lugar a nitrito (NO2) (oxidantes de amonio). La oxidacion adicional para dar lugar a nitrato (NO3) se realiza por tipos de nitrobacterias u otros representantes del “grupo nitro” (oxidantes de nitrito).

2. Desnitrificacion

Con falta de oxfgeno, distintas bacterias aerobias de aguas residuales pueden oxidar compuestos organicos con nitrato en lugar de O2. En la desnitrificacion se producen productos finales gaseosos de nitrato, principalmente nitrogeno molecular (N2). Como subproducto tambien puede liberarse oxido nitroso (gas hilarante, N2O).

Puesto que la primera de las dos etapas de transformacion tiene que realizarse en atmosfera aerobica, este procedimiento probado en la tecnologfa de aguas residuales a menudo resulta inadecuado para el caso concreto de la produccion anaerobica de biogas, puesto que en la etapa aerobica se consumina una gran parte de la energfa qmmica en lugar de transformarse en biogas.

El proceso anammox (Anaerobe Ammonium Oxidation, oxidacion anaerobica del amonio) ofrece una alternativa al metodo clasico de la nitrificacion/desnitrificacion. A este respecto, se hace reaccionar amonio con nitrito en condiciones anaerobicas para dar lugar a nitrogeno molecular. A pesar de una pluralidad de descripciones en la bibliograffa, este proceso aun no puede denominarse estado general de la tecnica.

En comparacion con los procedimientos biologicos, la ventaja de la mayona de los procedimientos ffsico-qmmicos se encuentra fundamentalmente en que el nitrogeno de amonio presente no se transforma en nitrogeno elemental. Por eso, el nitrogeno no escapa a la atmosfera, sino que esta listo como materia prima en distintos compuestos qmmicos en funcion del procedimiento.

La eliminacion de los compuestos de nitrogeno disueltos del medio de fermentacion puede realizarse utilizando denominados procedimientos de arrastre (stripping). Generalmente, por arrastre se entiende la extraccion de compuestos volatiles de lfquidos mediante gas. Por el descenso de la presion parcial del componente mas volatil, este pasa del estado disuelto al estado gaseoso en la fase gaseosa y se agota en el lfquido. El principio basico se presenta como una unidad con dos etapas de procedimiento principales:

• eliminacion de amoniaco del sustrato mediante gas de arrastre (aire o vapor)

• regeneracion del gas de arrastre y traslado del amonio a una corriente de material recuperable

Para la transformacion del amoniaco disuelto a la fase gaseosa (desorcion), han demostrado su eficacia a gran escala el arrastre por aire y vapor en columnas con cuerpos de relleno. Su principal caractenstica consiste en que el lfquido que va a tratarse se pone en contacto lo mas estrecho posible con la corriente de gas. Para ello, resulta importante una superficie de intercambio lo mas grande posible. Esto se consigue mediante la introduccion de cuerpos de relleno a lo largo de cuya superficie se desplaza la fase lfquida en forma de pelfcula.

Para el funcionamiento sin perturbaciones de una instalacion de arrastre es un prerrequisito una eliminacion de solidos lo mas completa posible, puesto que, en caso contrario, se produce un bloqueado/obstruccion de los cuerpos de relleno dispuestos en capas. El grado de la eliminacion de solidos necesaria depende respectivamente del tipo de cuerpos de relleno y del diseno restante de la instalacion.

Con ayuda de procedimientos de intercambio de iones pueden unirse de manera adsortiva componentes cargados (iones, por ejemplo, amonio NH/) e intercambiarse por iones con la misma carga. A este respecto, se usan principalmente resinas sinteticas, denominadas resinas de intercambio de iones. Un prerrequisito necesario es un amplio pretratamiento del sustrato, especialmente la eliminacion de sustancias solidas. Debido a la estructura del material de intercambio de iones, este es relativamente sensible frente a una obstruccion de las cavidades, por ejemplo por coloides organicos, mediante lo cual se reduce considerablemente el rendimiento. Por consiguiente, segun el estado actual de la tecnica, su uso solo vale la pena para el tratamiento posterior, por ejemplo, tras la nanofiltracion ya realizada u osmosis inversa para el cumplimiento seguro de valores lfmite dados y, por eso, no es adecuado para el tratamiento pretendido del medio de fermentacion.

Una variante de la extraccion de amonio investigada ultimamente es el uso de membranas de extraccion en contactores de membrana. Por contactores de membrana con pervaporacion deben entenderse aparatos novedosos para la realizacion de procesos de extraccion o de arrastre en los que el cambio de fase tiene lugar en una superficie de membrana. En columnas de arrastre convencionales, la fase lfquida y la gaseosa se encuentran en contacto directo, obteniendose el entremezclado intensivo necesario mediante rociado de los cuerpos de relleno. En los

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contactores de membrana, las dos fases estan presentes de manera separada entre s^ por una membrana (solo permeable al amoniaco gaseoso).

Sin embargo, en el caso de los reactores de membrana, aun hay una serie de preguntas sin resolver, asf, por ejemplo, la estabilidad a largo plazo y tendencia a las incrustaciones de las membranas. En conjunto, estos procedimientos se encuentran en una etapa temprana de desarrollo y actualmente todavfa es incierto si tendra exito una implementacion en la practica.

El documento JP2009018211A revela una separacion de amoniaco de excrementos animales.

El objetivo de la presente invencion es superar las desventajas de los procedimientos anteriormente mencionados del estado de la tecnica y facilitar un procedimiento para la separacion de amoniaco o la reduccion de amonio de aguas residuales de matadero utilizadas para la produccion de biogas asf como un dispositivo para la realizacion de este procedimiento. De acuerdo con la invencion, este objetivo se resuelve mediante la reivindicacion 5, en la que, con un procedimiento del tipo anteriormente indicado, se reduce amoniaco o amonio mediante una evaporacion instantanea, se separa de las aguas residuales de matadero y se separa como amoniaco. A este respecto, una parte del contenido en agua del lfquido de fermentacion guiado en el circuito se evapora por sobrecalentamiento y posterior atomizacion en un recipiente al vado. Con ello, puede separarse una parte del nitrogeno como amoniaco y recogerse a continuacion como sustancia reciclable. El proceso desarrollado para la eliminacion de nitrogeno de las aguas residuales de matadero utilizadas para la produccion de biogas se basa en el principio de la evaporacion flash. En este procedimiento, se pulveriza el lfquido que va a tratarse tras una separacion basta de impurezas (por ejemplo, extrusionadora de tornillo sin fin, criba vibratoria) y un calentamiento a traves de una tobera en un recipiente a presion negativa. La superacion del punto de ebullicion asociada a la reduccion de presion da como resultado una evaporacion (flash) espontanea en la superficie de cada una de las gotas finas. Esta evaporacion es la fuerza motriz para la eliminacion de las sustancias muy volatiles como, por ejemplo, amoniaco. El vapor cargado (vapores) se descarga y se condensa. En el fondo del recipiente se extrae el lfquido reducido en volumen y, eventualmente, tras un calentamiento adicional en el circuito, se suministra para una expansion y, con ello, evaporacion adicional. Esta tecnologfa se ha desarrollado originalmente para la desalinizacion del agua de mar; por consiguiente, el tratamiento de medios de fermentadores de biogas representa un campo de aplicacion nuevo para evaporadores flash de este tipo.

Preferentemente, se separa hasta el 50 %, mas preferentemente hasta el 30 %, del nitrogeno total de los lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas. A traves de esta eliminacion puede asegurarse un proceso de biogas sin obstaculos. Por lo tanto, de ahora en adelante pueden valorizarse energeticamente todas las corrientes que se producen en, por ejemplo, un matadero o en otra empresa con residuos ricos en nitrogeno y adecuadas para la valorizacion anaerobica con al mismo tiempo grados de degradacion mejorados. Esto da como resultado un aumento de la produccion de energfas renovables que puede cubrir hasta el 75 % de la demanda energetica de la empresa industrial. En el caso de sustratos con un contenido en nitrogeno muy alto, tiene sentido situar la eliminacion de amoniaco ya antes de la valorizacion anaerobica o integrarla en esta para maximizar el rendimiento de biogas.

Resulta especialmente favorable que los lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas se precalienten antes de la evaporacion instantanea por el calor residual del medio ya tratado. En el proceso (vease la ilustracion 2), se toma material directamente de un fermentador de biogas o del deposito de digestatos. El medio se precalienta en un intercambiador de calor de contracorriente, por flujo caliente a 80 °C de la instalacion, a aproximadamente 70 °C y se alimenta a un circuito de recirculacion interno. La recirculacion interna es una magnitud de ajuste para las velocidades de eliminacion deseadas puesto que, entre otras cosas, depende de la velocidad de evaporacion, que puede ajustarse por la velocidad de recirculacion. En un segundo intercambiador de calor se calienta el medio a la temperatura de entrada necesaria del evaporador flash de aproximadamente 90 °C. Al entrar en el evaporador flash, debido a la presion negativa que predomina allf, se produce una evaporacion repentina de agua en la que asimismo una parte del amoniaco se transfiere a la fase gaseosa. Los vapores cargados con amoniaco del evaporador flash se condensan y se recoge una solucion de amoniaco acuosa como producto. De la corriente de circulacion se extrae medio continuamente tratado despues del reactor flash, se enfna en el intercambiador de calor de contracorriente por materia prima fresca y se recircula a la instalacion de biogas.

La energfa de evaporacion necesaria se proporciona por una caldera de gas. Como resultado de una optimizacion energetica adicional, una parte de esta energfa puede sustituirse por calor (de escape) que se produce en el lugar. Del mismo modo, el calor de escape que queda libre durante la condensacion de los vapores puede integrarse en el suministro de calor de la instalacion y de la empresa.

La solucion de amoniaco acuosa puede, por una parte, utilizarse como fertilizante valioso en la agricultura local o, por otra parte, usarse como sustancia qmmica basica, por ejemplo, en la depuracion de gases de combustion de centrales electricas para la eliminacion del oxido de nitrogeno.

De acuerdo con la presente invencion, esta se refiere a un dispositivo para la separacion de amoniaco o la reduccion de amonio de lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas, estando unido un evaporador flash F a un fermentador A a traves de conductos (1, 2, 3, 4, 5, 6) para el suministro de sustrato, extrayendose vapores del evaporador flash F a traves de un conducto (14) y recirculandose la fase lfquida caliente a traves de conductos (7, 8, 9)

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o bien a traves del conducto (11) al fermentador A o bien suministrandose a traves del conducto (10) a un segundo fermentador I.

A este respecto, resulta favorable que en el conducto (2, 3) procedente del fermentador A esta prevista una separacion de impurezas C que esta unida mediante conduccion a un intercambiador de calor D, por un lado, para las fracciones lfquidas del sustrato y, por otro lado, a traves del conducto (22) a un segundo fermentador I para las fracciones solidas del sustrato.

En el dispositivo de acuerdo con la invencion, el intercambiador de calor D se calienta a traves del conducto (9) con la fase lfquida caliente procedente del evaporador flash F.

De acuerdo con la forma de realizacion inventiva, la fase lfquida precalentada se introduce desde el intercambiador de calor D a traves del conducto (4) en un circuito que comprende el conducto (5), el intercambiador de calor E, el conducto (6), el evaporador flash F, el conducto (7) y la bomba G.

De acuerdo con una forma de realizacion preferente, esta previsto que la fase lfquida caliente se suministre a traves de un conducto (10) a un tanque de mezcla P que, a su vez, esta unido mediante conduccion a los fermentadores A e I.

La presente invencion se explica ahora con mas detalle mediante los dibujos adjuntos a los que, sin embargo, no debena estar limitada.

En las Fig. 1 y 2 se muestra respectivamente una forma de realizacion posible de la presente invencion, en las cuales significan:

A Fermentador 1

B Bomba de sustrato de materia prima

C Separacion de impurezas (criba vibratoria, extrusionadora de tornillo sin fin)

D Intercambiador de calor de precalentamiento E Intercambiador de calor

F Evaporador flash

G Bomba de circulacion

H Bomba de escape

I Fermentador 2

J Separacion de gotas (por ejemplo, ciclon)

K Condensador, etapa 1

L Bomba de condensado 1

M Condensador, etapa 2

N Bomba de condensado 2

0 Equipo transportador de gas inerte

P Tanque de mezcla: resuspension de las sustancias solidas separadas Q Bomba de sustrato

1 Conducto para la corriente de sustrato de materia prima

2 Conducto para la corriente de sustrato de materia prima

3 Conducto para el sustrato liberado de impurezas solidas

4 Conducto para el sustrato precalentado

5 Conducto para el sustrato en el circuito del evaporador flash

6 Conducto para el sustrato en el circuito del evaporador flash, precalentado para la etapa de evaporacion

7 Conducto para la corriente de salida del evaporador flash (fase lfquida)

8 Conducto para el escape de sustrato empobrecido en NH3 (expulsion de la corriente de circuito)

9 Conducto para la corriente de sustrato

10 Conducto para la alimentacion de sustrato enfriado empobrecido en NH3 al fermentador

11 Conducto para la realimentacion opcional de sustrato enfriado empobrecido en NH3 al fermentador de toma

12 Conducto para la corriente de entrada de medio de calentamiento

13 Conducto para la corriente de salida de medio de calentamiento

14 Conducto para la fase de vapores del evaporador flash

15 Conducto para las gotas separadas de los vapores

16 Conducto para la corriente de vapores

17 Conducto para los vapores residuales, tras la primera etapa de condensador

18 Conducto para los gases inertes, tras la segunda etapa de condensador

19 Conducto para los gases inertes para el tratamiento de gas (por ejemplo, biofiltro)

20 Conducto para la corriente de condensado de la primera etapa de condensador

21 Conducto para la corriente de condensado de la segunda etapa de condensador, enriquecido en NH3

22 Conducto para la fraccion solida separada del sustrato de materia prima

De acuerdo con la Fig. 1, el sustrato de materia prima que va a tratarse se toma mediante la bomba B directamente desde el fermentador de biogas o deposito de digestatos A. Las sustancias solidas contenidas en el medio se separan

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del ftquido en la separacion de impurezas C (por ejemplo, extrusionadora de tomillo sin fin, criba vibratoria) y se introducen en el fermentador I. La fraccion ftquida del sustrato (conducto 3) se precalienta en la contracorriente con sustrato ya tratado procedente del conducto 9 en el intercambiado de calor D (por ejemplo, intercambiador de calor en espiral) a una temperatura de aproximadamente 65 a 75 °C y entonces se alimenta a traves del conducto 5 a la corriente de circuito interna. En un segundo intercambiador de calor E (por ejemplo, condensador, vapor vivo procedente del conducto 12) se calienta el medio a la temperatura de entrada de aproximadamente 80 a 95 °C necesaria para el proceso de evaporacion.

Durante el pulverizado del medio en el evaporador flash se distiende la presion de admision en el conducto 6 de aproximadamente 1,5 a 3,0 bar a traves de la perdida de presion de la tobera pulverizadora a la presion operativa en el evaporador flash de aproximadamente 500 a 700 mbar. Al entrar en el evaporador flash, debido a la presion negativa que predomina alft, se produce una bajada repentina por debajo del punto de ebullicion y, por lo tanto, una evaporacion espontanea en la superficie de las gotas de la niebla de pulverizacion. Esta evaporacion es la fuerza motriz para la eliminacion de las sustancias muy volatiles como, por ejemplo, amoniaco y dioxido de carbono disuelto. En esta etapa tambien se evapora una parte del agua en el sustrato. Los vapores cargados con NH3y CO2 se suministran a traves del conducto 14 de una separacion de gotas J (por ejemplo, ciclon). El ftquido que se separa de la corriente de gas se vuelve a suministrar a traves del conducto 15 a la fase ftquida extrafda del fondo de la etapa de evaporacion en el conducto 7. La corriente de circuito de los conductos 5, 6, 7 se mantiene a traves de la bomba G. El numero de revoluciones como relacion de la corriente de circuito con respecto al sustrato fresco puede ajustarse a traves de la capacidad de bombeo de G y sirve asf como magnitud de regulacion para la velocidad de eliminacion de NH3.

El sustrato tratado se extrae continuamente de la corriente de circuito (conducto 8). Este sustrato empobrecido en NH3 y CO2 se produce a una temperatura de aproximadamente 75 a 90 °C. Antes del bombeo (bomba H) en el fermentador I, el contenido calonfico de la corriente del conducto 9 se enfna a aproximadamente de 40 a 55 °C mediante el intercambiador de calor de contracorriente D (por ejemplo, intercambiador de calor en espiral) y se calienta sustrato de materia prima en el sentido contrario. La potencia calonfica que ha de utilizarse puede reducirse masivamente por esta integracion de energfa; ademas, el medio puede introducirse en el fermentador sin poner en riesgo la microbiologfa que forma gas debido a temperaturas excesivas. El sustrato tratado y enfriado se transporta entonces o bien a traves del conducto 10 al fermentador I o bien, si se desea, de manera alternativa o adicional, a traves del conducto 11 al fermentador o deposito de digestatos A.

Los vapores cargados con NH3 se suministran desde el evaporador flash 14 a una condensacion de vapores. Tras el enfriamiento a aproximadamente de 50 a 60 °C en el condensador K, puede suministrarse una solucion de amoniaco acuosa 21 de 20 a 80 g/kg de NH3 a la valorizacion de sustancias adicional (por ejemplo, produccion de fertilizantes, uso como reactivos de reduccion no catalftica selectiva en latecnologfa de centrales electricas, etc.).

En la forma de realizacion mostrada, la condensacion de vapores se realiza en dos etapas. En la primera etapa de condensacion K, se refrigeran los vapores a aproximadamente de 75 a 85 °C. El primer condensado se produce con una concentracion baja de aproximadamente 5 a 10 g/kg de NH3 (corriente 20). Tras el enfriamiento adicional a aproximadamente de 50 a 60 °C en el condensador M, puede suministrarse una solucion de amoniaco acuosa 21 con mayor concentracion de amoniaco de 40 a 80 g/kg de NH3 a la valorizacion de sustancias adicional (por ejemplo, produccion de fertilizantes, uso como reactivos de reduccion no catalftica selectiva en la tecnologfa de centrales electricas, etc.). Como alternativa (no mostrado), tambien es posible una condensacion de vapores de una etapa.

Los gases no condensables a las temperaturas indicadas para las etapas de condensacion se aspiran via el conducto 18 a traves de un equipo transportador de gas inerte O, que tambien mantiene la presion de sistema de 500 a 700 mbar en el evaporador flash.

En una forma de realizacion especial, este equipo transportador de gas inerte O esta realizado para la aspiracion de los gases no condensables como bomba de chorro de agua con agua como medio circulante. Esto tiene la ventaja de que los gases aspirados no condensables se lavan simultaneamente con el agua de la bomba de chorro de agua y, con ello, se liberan de restos de NH3.

De acuerdo con la Fig. 2, el sustrato tratado y enfriado se transporta a un tanque de mezcla P, donde se mezcla con las sustancias solidas procedentes de la separacion de impurezas C (por ejemplo, extrusionadora de tornillo sin fin, criba vibratoria), tras lo cual el medio se transporta o bien a traves del conducto 11 al fermentador A o bien, si se desea, de manera alternativa o adicional, a traves del conducto 10 y mediante la bomba de sustrato Q al fermentador I.

Claims (5)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo para la separacion continua de amoniaco o la reduccion de amonio de Kquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas, que comprende un evaporador flash F que esta unido a un fermentador o deposito de digestatos A para el suministro de sustrato a traves de conductos que comprenden conductos de sustrato de materia prima (1, 2) con una bomba de sustrato de materia prima B intercalada, una separacion de impurezas C posterior asf como un conducto (3) conectado a esta para el sustrato liberado de impurezas solidas, un intercambiador de calor D y un conducto (4) conectado al intercambiador de calor D para el sustrato precalentado, introduciendose el sustrato precalentado en un circuito que comprende un conducto de circuito (5) para el sustrato, un intercambiador de calor E para el calentamiento del sustrato a una temperatura de entrada en el evaporador flash F asf como un conducto de circuito (6) para el sustrato calentado, el evaporador flash F, un conducto (7) desde el evaporador flash F y una bomba G conectada a este, pudiendo desprenderse vapores del evaporador flash F a traves de un conducto de fase de vapores (14) y pudiendo recircularse la fase lfquida caliente a traves de conductos que comprenden el conducto (7) desde del evaporador flash a la bomba G en la corriente de circuito, un conducto de escape (8), una bomba de escape H asf como un conducto de corriente de sustrato (9), o bien a traves de un conducto de realimentacion (11) al fermentador o al deposito de digestatos A o bien pudiendo suministrarse a traves de un conducto de alimentacion (10) a un segundo fermentador o deposito de digestatos I, caracterizado por que el intercambiador de calor D se calienta a traves del conducto de corriente de sustrato (9) con la fase lfquida caliente procedente del evaporador flash F, y el evaporador flash F esta unido a un equipo transportador de gas inerte O a traves del conducto de fase de vapores (14), una separacion de gotas J y condensadores K y M.
2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el equipo transportador de gas inerte O esta realizado como bomba de chorro de agua.
3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la separacion de impurezas C prevista en el conducto (2, 3) procedente del fermentador A esta unida mediante conduccion, por un lado, al intercambiador de calor D para las fracciones lfquidas del sustrato y, por otro lado, a traves del conducto (22) al segundo fermentador I para las fracciones solidas del sustrato.
4. 4. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la fase lfquida caliente se suministra a traves del conducto (10) a un tanque de mezcla P que esta unido mediante conduccion, por su parte, a los fermentadores A e I.
5. 5. Procedimiento en un dispositivo segun la reivindicacion 1 para la separacion continua de amoniaco o la reduccion de amonio de lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas, especialmente aquellos que se generan a partir de la digestion de despojos de matadero, reduciendose amoniaco o amonio mediante una evaporacion instantanea, separandose de los lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas y separandose como amoniaco, caracterizado por que los lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas se precalientan antes de la evaporacion instantanea por el calor residual del medio tratado, despues se calientan antes de la evaporacion instantanea a una temperatura de 80 °C a 95 °C y se distienden desde una presion de admision antes de la evaporacion instantanea de 1,5 bar a 3,0 bar mediante pulverizado hasta una presion operativa de 500 mbar a 700 mbar y el medio tratado se suministra a un fermentador o deposito de digestatos tras el intercambio de calor con los lfquidos de fermentacion o digestatos de instalaciones de biogas.