BIOGAS DESDE O INÍCIO

Transcrição

1 BIOGAS DESDE O INÍCIO ANÁLISE DE GÁS, DESSULFURIZAÇÃO E SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE PARA PLANTAS DE BIOGÁS CHRISTIAN ETZKORN CONCÓRDIA Folie 1

2 AGENDA EMPRESA / INTRODUÇÃO PROJETO DEVELOPPP.DE BIOGAS EM GERAL CONTROLE DE PROCESSO DESSULFURIZAÇÃO AUTOMAÇÃO Folie 2

3 HISTÓRIA DA EMPRESA Fundação 1ª análisador de gás para medição de H2S no biogás 1000 análisadores de gás Certificação de acordo com NRTL TÜV SÜD (UL / CSA) InfraFRED próprio sensor multigás NDIR Novos produtos: sensores e eletrônicos Produção sustentável 2017 Expansão novo edifício com escritórios e fábrica própria AwiFLEX Cool+ desenvolvimento resfriador de gás 1500 analisadores de gás 100 sistemas de automação 2000 análisadores de gás expansão do edifício/ escritórios e fábrica Awite Bioenergia Assis - SP Folie 3

4 LANGENBACH MATRIZ Folie 4

5 BIOGAS EM ALEMANHA Folie 5

6 PRODUTOS ANÁLISE DE GÁS DESSULFURIZAÇÃO MEDIÇÃO DE VAZÃO SERVIÇO AUTOMAÇÃO SENSORES E ELECTRÓNICA Folie 6

8 DEVELOPPP.DE - BILAGAB Folie 8

9 CONCEITO DO PROJETO 1. ) Transferência de tecnologia Sistema de Análise de gás totalmente automatizado para o Laboratório de Biogas da Embrapa Suínos e Aves Análise de gás e Desulfurisação Granja São Roque em Videira Sistema de automação na AUMA / Minas Gerais Sistema móvel para treinamento instalado em VW Kombi Folie 9

10 CONCEITO DO PROJETO 2. ) Transferência de conhecimento Desenvolvimento de um conceito para um curso de Biogas modular Conceito e Material de curso deve ser validado em cursos com participantes externos Fornecimento de uma plataforma virtual com os Materiais para as parceiros e outros instituições interessadas Folie 10

12 BIOGAS EM GERAL O biogás é produzido durante a degradação biológica anaeróbica de material orgânico. As bactérias anaeróbicas iniciam um processo de fermentação pelo qual o biogás é produzido em digestores em condições anaeróbicas. As bactérias são as mesmas encontradas no trato digestivo das vacas (obviamente, a melhor planta de biogás). Os insumos mais importantes são os resíduos orgânicos (por exemplo, água de esgoto, resíduos de alimentos, subprodutos do processamento de alimentos e capim cortado) ou substratos agrícolas, como esterco líquido ou sólido ou culturas energéticas (milho, centeio, cana de açúcar, etc.). Folie 12

13 BIOGAS: PLANTAS Folie 13

14 BIOGAS: PLANTAS Folie 14

15 BIOGAS EM GERAL Conclusão: as bactérias fazem todo o trabalho. Picture Source: Picture Source: ENTÃO, POR QUE CONTROLAR O PROCESSO? Folie 15

17 SISTEMAS DE ANÁLISE DE GASES ANÁLISE DE GÁS COM AWIECO E AWIFLEX UMA ANÁLISE ADEQUADA - PARA CADA PROCESSO AWIECO COMPACTO ECONÔMICO PATRONIZADO AWIFLEX PERSONALIZADO MULTIFUNCTIONAL EXPANSÍVEL Folie 17

18 CONTROLE DE PROCESSO em geral: evitar distúrbios do processo para garantir uma operação econômica parece fácil... mas há muitos fatores de influência para o processo de biogás (caixa preta!?) carga do oligo-elementos digestor temperatura modo de operação teor de oxigênio ácidos orgânicos teor de nitrogênio nível de ph inibidores teor de matéria seca agitação teor de enxofre substrato alimentação volume do digestor Folie 18

19 BIOGÁS: A COMPOSIÇÃO Oxigênio Temperatura. Substrato Tempo metano CH % dióxido de carbono CO % vapor de água H 2 O 0-7 % nitrogênio N % oxigênio O % sulfureto de hidrogénio H 2 S ppm hidrogênio (hidrólise) H / ppm amônia NH ppm Folie 19

20 BIOGÁS: A DEGRADAÇÃO ANAERÓBICA DESINTEGRAÇÃO DESINTEGRATION material orgânico degradável, em partículas HIDRÓLISE HYDROLYSE ACIDOGÊNESE ACIDOGENES E ACETOGÊNESE ACETOGENES E METANOGENESIS METHANOGENESE carboidratos, gorduras, proteínas monossacarídeos, dissacáridos, aminoácidos, péptidos de cadeia curta, ácidos graxos de cadeia longa, glicerina ácidos graxos voláteis (acetato, propionato, butirato), aldeídos, álcoois, cetonas, sulfetos de hidrogênio, amônia, dióxido de carbono, hidrogênio acetato, hidrogênio metano dióxido de carbono dióxido de carbono NH 3 inerte H 2 CO 2 CO 2 CO 2 H 2 H 2 H 2 H 2 S H 2 CO CO 2 2 H CO 2 2 CO 2 H 2 CH 4 CO 2 CH CH 4 4 CH4 CO 2 Folie 20

21 COMPOSIÇÃO DE GÁS - BIOGÁS Por que a composição do biogás varia? DESINTEGRATION (a) biogás de carboidratos (b) biogás de gorduras (c) biogás de proteínas (d) acidificação (hidrólise) (e) Ar para desulfurização microbiológica (f) água (umidade do gás) Folie 21

22 BIOGÁS: A DEGRADAÇÃO ANAERÓBICA DESINTEGRAÇÃO DESINTEGRATION material orgânico degradável, em partículas HIDRÓLISE HYDROLYSE ACIDOGÊNESE ACIDOGENES E ACETOGÊNESE ACETOGENES E METANOGENESIS METHANOGENESE carboidratos, gorduras, proteínas monossacarídeos, dissacáridos, aminoácidos, péptidos de cadeia curta, ácidos graxos de cadeia longa, glicerina ácidos graxos voláteis (acetato, propionato, butirato), aldeídos, álcoois, cetonas, sulfetos de hidrogênio, amônia, dióxido de carbono, hidrogênio acetato, hidrogênio metano dióxido de carbono dióxido de carbono NH 3 inerte H 2 CO 2 CO 2 CO 2 H 2 H 2 H 2 H 2 S H 2 CO CO 2 2 H CO 2 2 CO 2 H 2 CH 4 CO 2 CH CH 4 4 CH4 CO 2 Folie 22

23 BIOGÁS: A METANOGENESIS HIDROGÊNIO ÁCIDO ACÉTICO CH 4 Folie 23

24 EXEMPLO PRÁTICO: CONTROLE DE PROCESSO - H 2 Abril a julho de ppm Fermentador / H ppm 400 ppm 350 ppm 300 ppm 250 ppm 200 ppm 150 ppm 100 ppm 50 ppm 0 ppm Folie 24

25 EXEMPLO PRÁTICO : CONTROLE DE PROCESSO - CH 4 54 % Fermentador / CH 4 52 % 50 % 48 % 46 % 44 % 42 % 40 % Folie 25

26 CONTROLE DE PROCESSO H 2 / CH 4 Fermentador CH 4 H 2 Folie 26

27 CONTROLE DE PROCESSO H 2 / CH 4 order Bioenergie Lohhuber sample receipt 14/05/2013 sampling 14/05/2013 sampler not specified client sample identifier digester sampling location digester product ferment residue liquid plant Bioenergie Lohhuber biological parameters acetic acid g/kg 5.2 propionic acid g/kg 1.1 butyric acid g/kg 0.14 iso-butyric acid g/kg 0.26 valeric acid g/kg <0.05 iso-valeric acid g/kg 0.21 n-caproic acid g/kg <0.05 Folie 27

28 CONTROLE DE PROCESSO H 2 / CH 4 order Bioenergie Lohhuber sample receipt 01/07/2013 sampling 01/07/2013 sampler not specified client sample identifier digester sampling location digester product ferment residue liquid plant Bioenergie Lohhuber biological parameters acetic acid g/kg 1.6 propionic acid g/kg 0.12 butyric acid g/kg <0.05 iso-butyric acid g/kg <0.05 valeric acid g/kg <0.05 iso-valeric acid g/kg <0.05 n-caproic acid g/kg <0.05 Folie 28

29 CONTROLE DE PROCESSO - H 2 indicador antecedente de acidificação do fermentador a detecção cedo evita um distúrbio do processo e evita um "colapso do digestor fornece informações sobre o estado do digestor e ajuda com incertezas de alimentação pode ser automatizado e pode substituir métodos manuais elaborados como medidas do FOS / TAC, do potencial redox e da medição do nível de ph Folie 29

30 SYNGAS GÁS DE ATERRO GÀS DE ESGOTO BIOGÁS BIOMETANO POWER TO GAS APLICAÇÕES Folie 30

32 DESULFURIZAÇÃO - PORQUE? Juntamente com o vapor de água no biogás, H 2 S forma uma solução ácida e corrosiva (sulfato alcalino) que pode causar grandes danos na tubulação, agitadores ou concreto no fermentador. -> $$$ Durante a combustão no motor, H 2 S produz ácido sulfúrico. Como resultado, o óleo do motor escorre mais rapidamente, o que diminui o intervalo de troca de óleo. -> $$$ Se a carga de enxofre no biogás é muito alta, um filtro de carbono, que normalmente é projetado como um filtro fino, satura rapidamente. -> $$$ Além disso, o H 2 S pode interferir com a biologia no fermentador ou consumir hidrogênio, o que, portanto, não está mais disponível para a formação de metano. Folie 32

33 DESULFURIZAÇÃO - OPÇÕES Externo Interno Filtro Químico Biológico Químico Biológico Folie 33

34 DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA DESULFURIZAÇÃO BIOLÓGICA COM O AWIDESULF AWIDESULF 100/200 NM 3 /H AWIDESULF 300/500/1000 NM 3 /H CONTROLE DE O 2 NO SISTEMA COM SEGURANÇA INDIVIDUAL EXATO ECONÓMICAMENTE VIÁVEL INDIVIDUAL EXATO ECONÓMICAMENTE VIÁVEL Folie 34

35 DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA por bactérias de enxofre autotróficas (energia) oxidação do H 2 S para enxofre elementar (S 2 ) dentro do fermentador / gasômetro ou como unidade externa nenhuma bactéria especial adicionada sem tanques adicionais, construções etc. Folie 35

36 DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA dependendo de: tempo de retenção superfície temperatura nutrientes distribuição, mistura eficiência até >95% Folie 36

37 DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA aplicações: digestor redondo tipo CSTR com depósito de gás digestor tipo lagoa cuberta com depósito de gás Unidades externas de desulfurização (filtro de carbono ativado) (filtro de material orgânico / biofiltro) Folie 37

38 AWIDESULF AwiDESULF mede H 2 S e O 2 AwiDESULF controla o set-point de O 2 Set-point de O 2 dependendo dos valores de H 2 S! Limitação de O 2 para evitar corrosão (H 2 SO 4 ) AwiDESULF controla o fornecimento de ar de acordo com a produção atual de gás AwiDESULF evita a dependência da operação e supervisão manual AwiDESULF Oxygen puro para plantas de purificação... Sempre em combinação com AwiFLEX Folie 38

39 AWIDESULF Folie 39

40 AWIDESULF Folie 40