Normas e recomendações técnicas

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1 DWA Normas e recomendações técnicas Guia técnico DWA-M 361 Tratamento do Biogás Outubro de 2011 Aufbereitung von Biogas German Association for Water, Wastewater and Waste Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.

2 DWA Normas e recomendações técnicas Guia técnico DWA-M 361 Tratamento do Biogás Outubro de 2011 Aufbereitung von Biogas Publisher/Marketing: German Association for Water, Wastewater and Waste Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee Hennef Germany Tel.: Fax: info@dwa.de Internet:

3 A Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) empreende grandes esforços para contribuir com o desenvolvimento da gestão hídrica sustentável e segura. Sendo uma organização com independência política e econômica, ela atua nas áreas de gestão hídrica, de efluentes, resíduos e proteção dos solos. Na Europa, a DWA é a organização que conta com o maior número de associados nessa área, e sua competência técnica em implantação de regulamentos, educação e informação lhe confere reconhecimento pela opinião pública. O corpo de mais de associados conta com especialistas e lideranças da administração pública, universidades, escritórios de engenharia, autoridades e empresas. Notas legais Edição e distribuição: DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee Hennef, Alemanha Tel.: Fax: info@dwa.de Internet: Tradução da Norma: Marcos Zattar Versão revista: Janeiro de 2011 Composição: DWA Impressão: Gráfica Köthen ISBN: Impresso em papel 100% reciclado DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef 2014 Todos os direitos reservados, inclusive os direitos de traduções em outros idiomas. É proibida a reprodução de toda e qualquer parte deste guia técnico sem a autorização escrita do editor, seja ela fotocópia, digitalização ou qualquer outra técnica, ou transmitida em idioma utilizado por máquinas, principalmente máquinas de processamento de dados. 2 Outubro de 2011 Normas e recomendações técnicas DWA

4 Prefácio Em 2002, a comissão técnica AK-8 "Biogás" da DWA publicou o guia técnico DWA-M 363 "Origem, Tratamento e Utilização do Biogás" compilando os fundamentos técnicos para utilização do biogás de diversas origens. Com o acentuado crescimento do interesse pelo biogás no final dos anos 90, a produção desse recurso aumentou drasticamente. Aconteceu um rápido desenvolvimento das usinas agrícolas de biogás ao mesmo tempo em que se observou a ampliação da capacidade das estações de tratamento de resíduos e a otimização da produção de biogás de ETEs por meio do aproveitamento dos cossubstratos no processo. Com o aumento da produção aconteceu também a ampliação das áreas de aplicação: inicialmente utilizado principalmente em queimadores e motores a gás, hoje em dia há cada vez mais opções de utilização do biogás, como alimentação de células de combustível, combustível para veículos ou utilização do biogás na rede pública de fornecimento de gás essa novas aplicações são muito mais exigentes quanto aos processos de tratamento. Devido à crescente importância dos processos de tratamento do biogás, a comissão técnica AK-8 "Biogás" da DWA criou em 2008 o grupo de trabalho AK-8.3 "Tratamento do Biogás" e o incumbiu de elaborar o presente guia técnico DWA-M 361 "Tratamento do Biogás". Normas e recomendações técnicas DWA Outubro de

5 Tradução da Norma: Marcos Zattar. Revisão da Versão Traduzida: Grupo de trabalho coordenado pelo Projeto DKTI Biogás (PROBIOGÁS). Apoio para realização da tradução: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH. O trabalho de tradução e revisão desta norma foi realizado por uma equipe multidisciplinar composta por membros de prestadoras de serviço de saneamento brasileiras, empresas de consultoria e universidade, juntamente com o Ministério das Cidades brasileiro e a Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH. Os membros do grupo de trabalho são os seguintes: Carlos Chernicharo Carolina Cabral Christoph Platzer Gilson Silva Gustavo Possetti Hélinah Moreira Humberto Belina Marcos Montenegro Mônica da Silva Renato Takahashi Sebastian Rosenfeldt Valéria Ferreira Victor Valente Waldo Villani UFMG Rotária do Brasil Rotária do Brasil Ministério das Cidades SANEPAR GIZ CAESB ADASA-DF CAESB SeMAE São José do Rio Preto Rotária do Brasil COPASA GIZ SeMAE São José do Rio Preto Esta atividade fez parte do escopo do Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético de Biogás (PROBIOGÁS-DKTI Biogás), coordenado pelo Ministério das Cidades e a Cooperação Alemã para o Desenvolvimento Sustentável, por meio da GIZ. A tradução de Normas Técnicas Alemãs voltadas para eficiência energética e aproveitamento energético de biogás em Estações de Tratamento de Esgotos é um passo importante para facilitar a implantação de medidas similares no Brasil. Esta iniciativa contou com o apoio da Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA). Mais informações: 4 Outubro de 2011 Normas e recomendações técnicas DWA

6 Autores Esse guia técnico foi elaborado pelo grupo de trabalho AK-8.3 "Tratamento do Biogás", a pedido e com a participação da comissão técnica AK-8 "Biogás" da DWA. O grupo de trabalho AK-8.3 "Tratamento do Biogás" da DWA é composto pelos seguintes especialistas: BEIL, Michael Engenheiro (FH), Kassel HEETKAMP, Jörg Engenheiro, Aachen KLAAS, Uwe Quím., Bonn POTT, Joachim Engenheiro, Ibbenbühren ROSSOL, Daniel Geoecologista, Essen SCHÄFER, Arnold Engenheiro, Hamburg (Porta-voz) SPRICK, Achim Engenheiro, Lemgo WÖFFEN, Bernhard Engenheiro, Aachen A comissão técnica AK-8 "Biogás" da DWA é composta pelos seguintes especialistas: BÖCKER, Karl Eng., Wuppertal DICHTL, Norbert Prof. Dr. Eng., Braunschweig (Presidente) FRECHEN, Franz-Bernd Prof. Dr. Eng., Kassel HEETKAMP, Jörg Engenheiro, Aachen KLAAS, Uwe Quím., Bonn LOLL, Ulrich Dr. Eng., Darmstadt MÜLLER, Volker Dr. Eng., Dresden RETTENBERGER, Gerhard Prof. Dr. Eng., Trier SCHÄFER, Arnold Eng., Hamburg STEHLE, Roland Dr. rer.-nat., Heilbronn (Vice-presidente) VOSS, Detlef Eng., Essen Coordenador de projetos na sucursal nacional da DWA: REIFENSTUHL, Reinhard Eng., Hennef Setor de Gestão Hídrica, Resíduos e Solos Normas e recomendações técnicas DWA Outubro de

7 Índice Prefácio 3 Autores 4 Índice 6 Índice de tabelas... 8 Nota ao leitor... 9 Introdução Área de aplicação Conceitos Definições Abreviaturas e símbolos Características do biogás bruto Requisitos de qualidade para o bom aproveitamento do biogás Queima para geração de calor Injeção em redes locais de biogás Injeção na rede pública de gás natural Operação de motores a gás estacionários Operação de turbinas Microturbinas a gás (MTG) Turbinas a gás Postos de abastecimento para utilização em motores de veículos Operação de células de combustível Processos de tratamento Desumidificação/secagem Filtros de gás Compressão Resfriamento Adsorção Dessulfurização Biodessulfurização Reator de filtro biológico percolador Injeção de ar no biodigestor Processo de dessulfurização químico-físico Dosagem de ferro simultânea Óxido de ferro Adsorção por carvão ativado Soda cáustica Óxido de zinco Eliminação do siloxano Adsorção por carvão ativado Outubro de 2011 Normas e recomendações técnicas DWA

8 5.2.4 Resfriamento Congelamento (método criogênico) Lavagem Enriquecimento de metano Adsorção com modulação de pressão (PSA) por meio de peneiras moleculares Lavagem com água pressurizada (LAP) Absorção física com solventes orgânicos Absorção química com solventes orgânicos Processo de separação por membranas Métodos criogênicos Tratamento do gás residual Oxidação térmica regenerativa (RTO) Pós-combustão catalítica Aproveitamento de mistura pobre de gases Custos Geração de hidrogênio Resíduos do tratamento Legislação de licenciamento Anexo A Qualidade, requisitos e métodos de tratamento do biogás Anexo A.1 Qualidades do biogás Anexo A.2 Requisitos de qualidade do biogás conforme a utilização Anexo A.3 Indicação de processos de tratamento Anexo B Auxílios de cálculo Anexo B.1 Conversões Anexo B.2 Cálculo do teor de silício no gás de esgoto Anexo B.3 Determinação dos poderes caloríficos inferior e superior Anexo B.4 Conversão no caso de variações de temperatura e pressão Anexo B.5 Densidade normal e poderes caloríficos inferiores de gases Legislação alemã e europeia Normas técnicas Normas DIN Normas e recomendações técnicas - DWA Normas e recomendações técnicas DVGW: Literatura 42 Aquisição 42 Normas e recomendações técnicas DWA Outubro de

9 Índice de figuras Figura 1: Tratamento necessário para aproveitamento do biogás de esgoto de acordo com o tipo de célula de combustível (DWA-M 299) Figura 2: Fluxograma de processos adsorção com modulação de pressão com quatro unidades de adsorção (ISET 2008) Figura 3: Fluxograma de processos lavagem com água pressurizada e regeneração (ISET 2008) Figura 4: Fluxograma de processos absorção química com solventes orgânicos (ISET 2008) Figura B.1: Volume de 1 m3n de ar a pressão constante em função da temperatura Figura B.2: Volume de 1 m3n de ar a temperatura constante em função da pressão Índice de tabelas Tabela 1: Requisitos de gases combustíveis ricos em metano Tabela 2: Requisitos da norma DIN para o uso de gás natural como combustível Tabela 3: Custos de investimento de métodos selecionados para o tratamento de biogás com diferentes capacidades Tabela B.1: Volume molar de gases ideais Outubro de 2011 Normas e recomendações técnicas DWA

10 Nota ao leitor Este guia técnico é o produto do esforço conjunto técnico, científico e econômico, em caráter voluntário, originado conforme os princípios vigentes (estatuto, regulamento da DWA e a norma DWA-A 400). Conforme a jurisprudência, existe presunção real de que o teor desta norma de trabalho esteja correto e tecnicamente adequado. Qualquer pessoa é livre para utilizar o guia técnico. No entanto, seu uso pode estar sujeito a regulamentos, leis, contratos ou quaisquer bases legais que a tornem obrigatória. Este guia técnico é, entre outras, uma importante fonte de conhecimento para soluções tecnicamente adequadas. A sua utilização não isenta ninguém da responsabilidade pelos próprios atos ou pela utilização correta na prática. Isso se aplica principalmente à correta utilização dos intervalos admitidos no guia técnico. Introdução Para que a energia do biogás possa ser aproveitada, normalmente é necessário que ele seja submetido a um processo de tratamento. Devido ao especial crescimento das áreas de utilização do biogás nos últimos anos e a exigências cada vez maiores da indústria, além dos métodos de tratamento já consagrados existem diversas novas técnicas desenvolvidas e introduzidas no mercado. O grupo de trabalho da AK-8.3 "Tratamento do Biogás" da DWA apresenta esse guia técnico com uma visão geral sobre os procedimentos técnicos possíveis e necessários e suas combinações. Este guia descreve o estado atual da técnica e sua utilização prática. 1 Área de aplicação O guia técnico contém recomendações e informações para o planejamento de sistemas de tratamento de biogás funcionais e sua operação comercial. Para isso, a seguir são apresentadas as indicações relevantes para o planejamento e operação na área de aplicação de tratamento de biogás. São indicadas faixas de valores utilizadas na prática em um grande número de usinas. Se, no caso particular, forem aplicados valores de projeto significativamente divergentes, recomenda-se verificar esse valores por meio de experimentos e análises com base nas características do projeto e local de 2 Conceitos 2.1 Definições Gás substituto Mistura gasosa que apresenta comportamento de queima equivalente ao do gás básico, embora apresente composição e dados característicos distintos do gás básico, quando sob pressão igual e configuração equivalente de equipamentos. O gás substituto pode ser utilizado no lugar do gás básico. Biometano Biogás tratado com qualidade equivalente à do gás natural. Quimiolitotrofia Reação química de massa inorgânica para produção de energia. Gás básico Gás normalmente distribuído em uma área de abastecimento. Escape de metano Escape de metano é o percentual do metano presente no biogás bruto que não é transferido para o gás resultante durante o tratamento. Perda de metano Perda de metano é o percentual do metano presente no biogás bruto que não é transferido para o gás final durante todo o processo (geração de biogás, tratamento e injeção). Normas e recomendações técnicas DWA Outubro de