El proceso de compresión y utilización de biogás generalmente incluye la generación, purificación, compresión y utilización final del biogás, que se describen en detalle a continuación:
Producción de biogás
Recolección de materias primas: Se seleccionan como materias primas desechos agrícolas (como paja, estiércol de ganado y aves de corral), aguas residuales orgánicas industriales, aguas residuales domésticas urbanas y basura y otros materiales ricos en materia orgánica. Estas materias primas contienen una gran cantidad de carbohidratos, proteínas y grasas, que son la base material para producir biogás.
Fermentación anaeróbica: Las materias primas recolectadas se colocan en un digestor de biogás o en un tanque de fermentación anaeróbica y se fermentan mediante microorganismos anaeróbicos en condiciones anaeróbicas. Este proceso generalmente se divide en cuatro etapas: hidrólisis, acidificación, producción de ácido acético y producción de metano. El biogás final está compuesto principalmente de metano y dióxido de carbono, y también contiene una pequeña cantidad de impurezas como sulfuro de hidrógeno y vapor de agua.
Purificación de biogás
Desulfurización: El sulfuro de hidrógeno en el biogás es corrosivo y tóxico, lo que puede causar daños a los equipos y al cuerpo humano. Los métodos comunes de desulfuración incluyen la desulfurización seca y la desulfurización húmeda. La desulfurización en seco generalmente utiliza adsorbentes como óxido de hierro y carbón activado para reaccionar químicamente con el sulfuro de hidrógeno para eliminarlo. La desulfurización húmeda utiliza una solución alcalina o una solución oxidante para reaccionar con sulfuro de hidrógeno para lograr el propósito de la desulfurización.
Deshidratación: El agua en el biogás reducirá el valor calorífico del mismo y también puede formar condensación en tuberías y equipos, causando corrosión y bloqueos. Los métodos comunes de deshidratación incluyen enfriamiento, adsorción y separación por membrana. El método de enfriamiento consiste en eliminar el vapor de agua bajando la temperatura del biogás para condensarlo en gotas de agua; el método de adsorción consiste en utilizar adsorbentes como gel de sílice y tamices moleculares para adsorber la humedad en el biogás; el método de separación por membrana consiste en utilizar materiales de membrana especiales para permitir que el agua pase primero a través de la membrana para lograr la separación.
Eliminación de dióxido de carbono: para mejorar el valor calorífico y la calidad del biogás, normalmente es necesario eliminar algo de dióxido de carbono. Los métodos comúnmente utilizados incluyen la absorción química, la absorción física y la separación por membrana. El método de absorción química utiliza una solución alcalina para reaccionar con el dióxido de carbono para su absorción; el método de absorción física utiliza solventes orgánicos para disolver el dióxido de carbono bajo ciertas condiciones para lograr la separación; el método de separación por membrana separa el dióxido de carbono y el metano en función de sus diferentes tasas de permeación en los materiales de la membrana.
Compresión de biogás
Presurización: El biogás purificado ingresa primero a la entrada de aire del compresor y es comprimido por el impulsor o pistón del compresor y otros componentes, lo que aumenta la presión del biogás, generalmente desde la presión normal hasta un cierto nivel de alta presión, como 20MPa-25MPa.
Enfriamiento: Durante el proceso de compresión, la temperatura del biogás aumenta. Una temperatura demasiado alta afectará el rendimiento del compresor y la calidad del biogás, e incluso puede suponer riesgos de seguridad. Por lo tanto, el biogás comprimido debe enfriarse mediante un sistema de refrigeración para reducir su temperatura a un rango adecuado, generalmente por debajo de los 40 °C.
Almacenamiento: El biogás comprimido normalmente se almacena en equipos especiales de almacenamiento de gas, como tanques de gas de alta presión, cilindros de gas, etc., para su posterior transporte y uso.
El biogás es una fuente de energía limpia y renovable que puede utilizarse de diversas maneras, principalmente en los siguientes aspectos:
Utilización de energía
Cocción y calefacción: En zonas rurales o algunos lugares con condiciones, el biogás puede transportarse directamente a las cocinas familiares a través de tuberías para su quema en estufas para satisfacer las necesidades de cocción y suministro de agua caliente. En invierno, el calor generado por la combustión de biogás también se puede utilizar para calentar las casas, proporcionando a los residentes un entorno de vida cálido y confortable.
Generación de energía: La generación de energía a partir de biogás es una de las formas más importantes de utilizar el biogás a gran escala. A través de los generadores de biogás, la energía química del biogás se convierte en energía eléctrica, que puede proporcionar suministro eléctrico a empresas, comunidades o áreas remotas y lograr la autosuficiencia energética. El exceso de electricidad también se puede conectar a la red eléctrica para proporcionar energía limpia a la sociedad.
Combustible para automóviles: El biogás purificado y comprimido, cuyo componente principal, el metano, tiene un contenido y propiedades similares al gas natural, puede utilizarse como combustible para automóviles. Los automóviles que utilizan biogás como combustible tienen la ventaja de ser económicos y contaminar poco. Pueden reducir eficazmente la dependencia de los combustibles fósiles tradicionales y reducir las emisiones de escape.
Usos agrícolas
Devolución de fertilizante de biogás a los campos: Los residuos tras la fermentación del biogás, es decir, lodos y biogás líquido, son fertilizantes orgánicos de alta calidad. El fertilizante de residuos de biogás contiene nutrientes ricos como nitrógeno, fósforo, potasio, así como una gran cantidad de materia orgánica y microorganismos. Puede mejorar la estructura del suelo, aumentar la fertilidad del suelo, aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos, reducir el uso de fertilizantes químicos y favorecer el desarrollo sostenible de la agricultura.
Fertilizante de gas de efecto invernadero: En el invernadero, la introducción de una cantidad adecuada de dióxido de carbono producido por la combustión de biogás puede aumentar la concentración de dióxido de carbono en el invernadero, proporcionar más materias primas para la fotosíntesis de las plantas, promover el crecimiento y desarrollo de las plantas, aumentar el rendimiento y la calidad de cultivos como verduras, frutas, etc., y también juegan un cierto papel de calentamiento.
Cama de acuicultura: Después del procesamiento, los lodos se pueden utilizar como cama para animales de granja. Tiene buena absorción de agua y permeabilidad al aire, puede mantener los corrales secos y reducir la aparición de enfermedades animales. Al mismo tiempo, los microorganismos beneficiosos presentes en los lodos también pueden mejorar el entorno de cría y promover el crecimiento saludable de los animales.
Usos industriales
Materias primas químicas: El metano contenido en el biogás se puede utilizar como materia prima química para producir una variedad de productos químicos. Por ejemplo, el gas de síntesis se puede producir a través de la reacción de reformado del metano, que es una materia prima importante para producir productos químicos como el metanol y el amoníaco sintético. Además, el metano también se puede utilizar para producir materias primas químicas orgánicas como acetileno y cloruro de metilo, ampliando aún más la cadena industrial y produciendo una variedad de productos químicos como plásticos, caucho y fibras.
Pilas de combustible: Con el continuo desarrollo de la tecnología de pilas de combustible, el biogás también se puede utilizar como combustible para pilas de combustible. Las celdas de combustible convierten la energía química del biogás directamente en energía eléctrica a través de reacciones electroquímicas y tienen las ventajas de una alta eficiencia de conversión de energía, ausencia de contaminación y bajo nivel de ruido. Se puede utilizar en la generación de energía distribuida, suministro de energía de respaldo y otros campos para proporcionar un suministro de energía estable para la producción industrial y la vida.
Otros usos
Iluminación: En algunas zonas remotas o lugares donde el suministro eléctrico es insuficiente, se puede utilizar el biogás para la iluminación a través de lámparas de biogás. Las lámparas de biogás utilizan la alta temperatura generada por la combustión del biogás para hacer que el material fluorescente de la lámpara brille, proporcionando un cierto brillo para satisfacer las necesidades básicas de iluminación de las personas.
Refrigeración y conservación: La tecnología de refrigeración por absorción impulsada por la combustión de biogás puede lograr la refrigeración y conservación de productos agrícolas. Este método de refrigeración tiene las ventajas de un bajo consumo de energía, un funcionamiento estable y respeto por el medio ambiente. Puede extender el período de almacenamiento de los productos agrícolas, reducir la pérdida de productos agrícolas y aumentar el valor agregado de los productos agrícolas.
