Presencia y eliminación de siloxanos en el biogás de una EDAR con fines a la optimización del proceso de valorización energética

Resumen

La EDAR Rincón de León, equipada con sistema de aprovechamiento de biogás mediante cogeneración y producción de energía eléctrica, puede alcanzar, en óptimas condiciones de funcionamiento, una producción eléctrica continua en torno a 650 kW. Si, según los datos medios de CO2 producido por kWh generado en España, se producen 0,33 kg CO2/kWh, la EDAR contribuye a disminuir el efecto invernadero en 1.880 t/año. Al respecto, habría que sumarle la contribución del metano que no se emite a la atmosfera al utilizar el biogás producido y que contribuye 21 veces más al efecto invernadero que el propio CO2. La presente investigación tiene su fundamento en las graves averías que ocurrieron en el motor de cogeneración de la EDAR Rincón de León (Alicante) en el año 2002. Los fabricantes de la máquina (Guascor), y la bibliografía consultada, apuntaban a los siloxanos como la causa fundamental de la avería. Una vez comprobada la existencia significativa de silicio en los análisis de las muestras de los depósitos sólidos encontrados en las culatas y las galerías de escape del motor después de la avería, la investigación se centró en la caracterización de los siloxanos presentes en el biogás y en la evaluación de un procedimiento para el tratamiento de los mismos. Tras la puesta a punto de la metodología analítica para la identificación y cuantificación de siloxanos en el biogás mediante GC/MS, se programaron una serie de campañas de muestreo para conocer el tipo de siloxanos presentes y su evolución. Se realizaron seis campañas de muestreo diferentes. Las dos últimas campañas tuvieron como objetivo evaluar la influencia de la dosificación de cloruro férrico en el interior de los digestores sobre el contenido de siloxanos en el biogás, realizándose también mediciones de la concentración de sulfuro de hidrógeno en el biogás. Se encontró en todos los casos que el compuesto Decametilciclopentasiloxano (D5) era el más abundante, con una proporción superior al 80%. En estos muestreos las muestras se recogieron en la salida de digestores y en la salida de gasómetros de presión para cuantificar la influencia del proceso de condensación sobre la concentración de siloxanos en el biogás. En la bibliografía consultada se recomienda la adsorción sobre carbón activado como un procedimiento eficaz para la reducción de siloxanos en el biogás. Tomando como referencia el compuesto D5 se seleccionó el mejor de tres carbones activados industriales. Sobre el carbón seleccionado se determinó la curva de ruptura en un montaje experimental de laboratorio, empleando un gas sintético con concentración constante de D5. A partir de los datos totales de adsorción de D5 y planteando una serie de aproximaciones, se calcularon las dimensiones de un adsorbedor relleno del carbón seleccionado para eliminar todos los siloxanos presentes en el biogás, resultando una columna cilíndrica de 1 m de longitud útil y una sección de 0,65 m2. Se realizó la modelización de la curva de ruptura experimental obteniendo las constantes propias del modelo: constante de transferencia de materia, k = 0,12 s-1, constante de equilibrio de Henry, K (adimensional) = 3,25 104, difusividad de Eddi DL.= 1,97.10-8 m2/s Finalmente se construyó una planta piloto alimentada con el biogás producido en la EDAR y con dos etapas para la eliminación de siloxanos: condensación y adsorción con carbón activado. Se constató que la posible condensación de siloxanos ya se había producido en las líneas de conducción a partir de los digestores y en los gasómetros de presión. De la etapa de adsorción no se extrajeron conclusiones relevantes, salvo la constatación de la variabilidad en la concentración de los siloxanos y las posibles interferencias de otros componentes del biogás, como el sulfuro de hidrógeno y la humedad.