Universidad Nacional del Litoral TESIS Purificación de biogás con tecnologías de produción limpias

248 Pages·2014·12.14 MB·Spanish

Universidad Nacional del Litoral
FacultaddeIngenieríaQuímica
TESIS
Purificación de biogás con tecnologías
de produción limpias
Autora: Ing. BetzabetMorero
Director: Dr. EnriqueA.Campanella
Co-Director: Mg. EduardoGroppelli
MiembrosdelJurado
Dr. RodolfoJ.Brandi
Dr. MartínCismondiDuarte
Dr. OscarA.Iribarren
TesispresentadacomopartedelosrequisitosdelaUniversidadNacionaldelLitoral,paralaobtencióndel
GradoAcadémicodeDoctoraenTecnologíasQuímicas
UnidaddeInvestigación: InstitutodeDesarrolloTecnológicoparalaIndustriaQuímica
SantaFe,Argentina
2014
Resumen
En la presente tesis se analiza la purificación de biogás con el fin de poder elegir un proceso ade-
cuado para su aplicación en Argentina, teniendo en cuenta la diversidad de fuentes, el uso que se le
dará y la escala de operación. Para el análisis se utiliza la simulación de procesos. El estudio incluye
experimentos de equilibrio de fases entre el biogás y los diferentes solventes analizados, el desarrollo
deunmodeloestadísticodelassimulacionesbasadoeneldiseñodeexperimentosparaestudiarlospa-
rámetrosdeoperacióndecadaproceso,ylautilizacióndelanálisisdeciclodevidaparalaeleccióndel
procesoqueminimicelosimpactosambientales. Elanálisisdelosmétodosdepurificacióndebiogáses
sustancialparaeldiseñoconceptualdeunaplantapilotoquepermita,afuturo,medirexperimentalmente
las variables de operación necesarias para su implementación a escala industrial. Por lo que se incluye
enlatesisunanálisisdelasvariablessignificativasparalaconstruccióndelaplantapiloto.
La tesis se divide en ocho Capítulos. El primer Capítulo contextualiza la problemática de la alta
dependencia de los combustibles fósiles y explica la importancia de comenzar a utilizar nuevas formas
degeneracióndeenergíalimpiayseguracomoelbiogás. EnelCapítulo2sedetallalacomposicióndel
biogáscrudo,diferenciadosegúnlafuentedelaquesegenere,yademássedefinenlasconcentraciones
finalesalasquesedeseallegarsegúnelusoqueselequieradar. EltercerCapítulosecentraenrecopilar
los métodos de purificación actualmente disponibles y diferenciarlos según las tecnologías disponibles
y según el tipo de contaminante que se quiera remover del gas. El Capítulo 4 describe el equilibrio
gas-líquido en los procesos de purificación de biogás diferenciando, en el análisis termodinámico, los
sistemas de no electrolitos (solventes físicos) y los sistemas con electrolitos (solventes químicos). En
esteCapítuloserealizaunabúsquedadedatosexperimentalesdelossistemasanalizadosyseselecciona
un sistema termodinámico para cada uno de los solventes. Finalmente se simulan los procesos y se los
compara con la información disponible en la literatura. En el Capítulo 5 se analizan los procesos de
purificación de biogás con agua, Dimetil eter de polietilenglycol (DEPG) y Diglicolamina (DGA). Se
describen cada uno de los procesos, se justifica la elección del solvente en cada caso y se estudian los
ii
Resumen iii
principales parámetros de operación. En el sexto Capítulo se comparan los procesos de purificación
para determinar sus impactos ambientales mediante un análisis de ciclo de vida. Y se analizan además
los impactos ocasionados durante la generación y el uso final del biogás. En el Capítulo 7 se realiza
el análisis para la construcción de una planta a escala piloto de purificación de biogás, que permita la
obtencióndeparámetrosdeoperaciónaescalaindustrial. EnelúltimoCapítulosedetallanlasConclu-
siones obtenidas y los trabajos futuros necesarios para complementar los desarrollados en la presente
tesis.
Contenido
Título . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
Tabladecontenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
ListadeFiguras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
ListadeTablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii
Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv
1 Introduccion 1
1.1 ContextoNacionalymundialdelaenergía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Importanciadelageneracióndeenergíalimpia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Objetivosyalcances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Contenidoyestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Análisisdelacomposicióndelbiogásysusdiferentesusos 10
2.1 Composicióndelbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Calidadyusofinaldelbiogáspurificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Característicasdelasimpurezaspresentesenelbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 Revisióndelosprincipalesmétodosdepurificacióndebiogás 19
3.1 EliminacióndeCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2
3.1.1 Absorciónfísica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.2 Absorciónquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.3 Adsorciónenunasuperficiesólida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.4 Separaciónpormembrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.5 Separacióncriogénica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.6 Métodosdeconversiónquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 EliminacióndeH S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2
3.2.1 Procesosdeabsorción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.2 Adsorciónenunasuperficiesólida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.3 Separaciónpormembranas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.4 Procesosdeoxidaciónseca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
iv
Contenido v
3.2.5 Procesosdeseparaciónbiológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Eliminacióndeespeciesorgánicashalogenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4 Eliminacióndesiloxanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 Resumendelasprincipalescaracterísticasdelastecnologíasdepurificacióndebiogás . 34
4 Equilibriogas-líquidoenelprocesodepurificacióndebiogás 39
4.1 AnálisisTermodinámico: Sistemasconnoelectrolitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.1 LaleydeHenry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.2 Efectodelapresiónenlasolubilidaddeungas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.1.3 Efectodelatemperaturaenlasolubilidaddeungas . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2 Equilibriogas-líquidoconagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.1 Informaciónexperimentaldesistemasacuosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.2 Descripcióndelmodelotermodinámicoparasistemasacuosos . . . . . . . . . . 46
4.2.3 Cálculodelequilibrioycomparacióncondatosdelaliteratura . . . . . . . . . . 52
4.3 Equilibriogas-líquidoconsolventesfísicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.3.1 Informaciónexperimentaldesistemasconsolventesfísicos. . . . . . . . . . . . 52
4.3.2 Descripcióndelmodelotermodinámicoparasistemasconsolventesfísicos . . . 56
4.3.3 Cálculodelequilibrioycomparacióncondatosexperimentales. . . . . . . . . . 58
4.4 Análisisdesistemasconelectrolitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4.1 CoeficientedeactividaddeunsolutoyCoeficienteosmóticodelsolvente . . . . 59
4.4.2 Electroneutralidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.3 Propiedadesdeexceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4 LeylímitedeDebye-Hückel(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.5 ElmodelodePitzer(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5 Equilibriogas-líquidoconaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.1 Informaciónexperimentaldesistemasconaminas . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5.2 Descripcióndelmodelotermodinámicodesistemasconaminas . . . . . . . . . 72
4.5.3 Cálculodelequilibrioycomparacióndelosdatosexperimentales . . . . . . . . 74
5 AnálisisdelosProcesosdeValoracióndebiogás 87
5.1 SolventeAgua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.1.1 Seleccióndelmodelotermodinámicoutilizadoenlasimulación . . . . . . . . . 88
5.1.2 Descripcióndelprocesoconagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.1.3 Análisisdelosprincipalesparámetrosdeoperación . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.1.4 Análisisdelasimulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Solventefísico: DEPG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.1 Consideracionesgeneralesdelosdiferentessolventesfísicos . . . . . . . . . . . 97
5.2.2 Seleccióndelsolventefísico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2.3 DescripcióndelprocesoconDEPG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.2.4 Análisisdelosprincipalesparámetrosdeoperación . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.2.5 Análisisdelasimulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3 Solventequímico: aminas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3.1 Consideracionesgeneralesdelosdiferentestiposdeaminas . . . . . . . . . . . 107
5.3.2 Seleccióndelsolventequímico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.3.3 DescripcióndelprocesoconDGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.3.4 Análisisdelosprincipalesparámetrosdeoperación . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.3.5 Análisisdelasimulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Contenido vi
5.4 Comparacióndelosprocesosdevaloracióndebiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6 AnálisisdeCiclodeVida 135
6.1 IntroducciónalAnálisisdeCiclodeVida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.1.1 Definicióndelosobjetivosyalcances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.1.2 Análisisdelinventario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.1.3 Evaluacióndelimpactoambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.1.4 Interpretacióndelosresultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.2 AnálisisdeCiclodeVidadelosprocesosconbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.2.1 DiferentesestudiosdeACVenprocesosconbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.2.2 Comparacióndelosmétodosdevaloracióndebiogás . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.2.3 Comparacióndelosmétodosdegeneracióndebiogás . . . . . . . . . . . . . . 152
6.2.4 Comparacióndelusofinaldelbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2.5 AlternativasdereutilizacióndelCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
2
7 Plantapilotodepurificacióndebiogás 172
7.1 BiofiltropercoladorparalaremocióndelH S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
2
7.1.1 Antecedente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.1.2 Columnadebiofiltración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.1.3 Funcionamientodelbiofiltro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.1.4 Principalesvariablesdeoperación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.1.5 Procedimientodelosexperimentosdebiofiltración . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2 Procesodeabsorción-desorciónparalaremocióndeCO . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
2
7.2.1 Columnadeabsorción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.2.2 TanqueFlash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.2.3 Equipamientosauxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.2.4 Procedimientodelosexperimentosdeabsorción-desorción . . . . . . . . . . . . 184
8 Conclusionesytrabajosfuturos 190
A Metodologíadesuperficiederespuesta(RSM) 194
A.1 Análisisdelosresultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
A.1.1 Procesodevaloraciónconaguacomosolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
A.1.2 ProcesodevaloraciónconDEPGcomosolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
A.1.3 ProcesodevaloraciónconDGAcomosolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
B ResultadosdelAnálisisdeCiclodeVida 228
Lista de Figuras
1.1 Demandadeenergíaprimaria(2006-2030). Fuente: elaboraciónpropiaenbaseadatos
suministradosporlaIEA(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 OfertainternadeenergíaprimariaenArgentina(2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 a) Consumo nacional de gas distribuido por redes (1996-2010), en MTEP; b) Reservas
probadasNacionaldeGasNatural(1996-2011),enMMm3 . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.1 Comparación de datos experimentales y calculados de la solubilidad de CH en agua a
4
diferentestemperaturasypresiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2 Comparación de datos experimentales y calculados de la solubilidad de H S en agua a
2
diferentestemperaturasypresiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Comparación de datos experimentales y calculados de la solubilidad de CO en agua a
2
diferentestemperaturasypresiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4 Comparación de datos experimentales y calculados del contenido de agua en la fase
gaseosaadiferentestemperaturasypresiones. SistemaCH -H O. . . . . . . . . . . . . 54
4 2
4.5 Comparación de datos experimentales y calculados del contenido de agua en la fase
gaseosaadiferentestemperaturasypresiones. SistemaH S-H O . . . . . . . . . . . . . 55
2 2
4.6 Comparación de datos experimentales y calculados del contenido de agua en la fase
gaseosaadiferentestemperaturasypresiones. SistemaCO -H O. . . . . . . . . . . . . 55
2 2
4.7 Equilibriolíquido-vaporyreaccionesquímicasdelsistemaCO -H S-H O-MDEA . . . 70
2 2 2
4.8 Comparación de las presiones parciales calculadas y experimentales (65) del CO en
2
unasoluciónacuosade2mol/kgdeMDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.9 Comparación de las presiones parciales calculadas y experimentales (65) del CO en
2
unasoluciónacuosade4mol/kgdeMDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.10 Comparacióndelaspresionesparcialescalculadasyexperimentales(65)delH Senuna
2
soluciónacuosade2mol/kgdeMDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.11 Comparación de las presiones parciales calculadas y experimentales (73) del CH en
4
unasoluciónacuosade3kmol/m3 deMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.12 Comparacióndelaspresionesparcialescalculadasyexperimentales(91)delH Senel
2
sistemaCO -H S-H O-MDEA,a298K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2 2 2
vii
ListadeFiguras viii
4.13 Comparacióndelaspresionesparcialescalculadasyexperimentales(91)delCO enel
2
sistemaCO -H S-H O-MDEA,a298K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2 2 2
5.1 Esquemadelaplantapilotosimulada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2 Esquemadelsistemaconvencionaldeabsorción-desorciónutilizandoaguacomosolvente 90
5.3 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando agua como
4 2
solvente,adiferentestemperaturas(manteniendolapresiónyelcaudalconstantes) . . . 92
5.4 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando agua como
4 2
solvente,adiferentespresiones(manteniendolatemperaturayelcaudalconstantes) . . . 93
5.5 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando agua como
4 2
solvente,adiferentescaudales(manteniendolatemperaturaylapresiónconstantes) . . . 93
5.6 Requerimiento de energía eléctrica y tarea de enfriamiento utilizando agua como sol-
vente,adiferentestemperaturas(manteniendolapresiónyelcaudalconstantes) . . . . . 94
5.7 Requerimiento de energía eléctrica y tarea de enfriamiento utilizando agua como sol-
vente,adiferentespresiones(manteniendolatemperaturayelcaudalconstantes) . . . . 94
5.8 Requerimiento de energía eléctrica y tarea de enfriamiento utilizando agua como sol-
vente,adiferentescaudales(manteniendolatemperaturaylapresiónconstantes) . . . . 95
5.9 Esquema del sistema convencional de absorción-desorción utilizando DEPG como sol-
vente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.10 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando DEPG como
4 2
solvente,adiferentestemperaturas(manteniendolapresiónyelcaudalconstantes) . . . 103
5.11 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando DEPG como
4 2
solvente,adiferentespresiones(manteniendolatemperaturayelcaudalconstantes) . . . 104
5.12 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO utilizando DEPG como
4 2
solvente,adiferentescaudales(manteniendolatemperaturaylapresiónconstantes) . . . 104
5.13 Requerimiento de energía eléctrica, térmica y tarea de enfriamiento utilizando DEPG
comosolvente,adiferentestemperaturas(manteniendolapresiónyelcaudalconstantes) 105
5.14 Requerimiento de energía eléctrica, térmica y tarea de enfriamiento utilizando DEPG
comosolvente,adiferentespresiones(manteniendolatemperaturayelcaudalconstantes)105
5.15 Requerimiento de energía eléctrica, térmica y tarea de enfriamiento utilizando DEPG
comosolvente,adiferentescaudales(manteniendolatemperaturaylapresiónconstantes)106
5.16 Fórmulasestructuralesdediferentesaminasutilizadaseneltratamientodegas . . . . . . 108
5.17 Concentración de CO en el gas purificado a diferentes temperaturas para cuatro tipos
2
deaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.18 ConcentracióndeCO enelgaspurificadoadiferentestemperaturasparadistintostipos
2
deaminasomezclasdeaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.19 VariacióndelaconcentracióndeCH enelbiogáspurificadoadiferentestemperaturas
4
paradistintostiposdeaminasomezclasdeaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.20 VariacióndelaconcentracióndeH Oenelbiogáspurificadoadiferentestemperaturas
2
paradistintostiposdeaminasomezclasdeaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.21 Concentración de CH en el biogás purificado para las diferentes aminas o mezclas de
4
ellasenlascondicionesseleccionadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.22 Consumo de energía total (eléctrica, térmica y tarea de enfriamiento) del proceso de
valoracióndebiogásconlasdistintasaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.23 Esquemadelsistemaconvencionaldeabsorción-desorciónconaminas . . . . . . . . . . 118
5.24 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO a diferentes temperaturas
4 2
(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
ListadeFiguras ix
5.25 Eficiencia en la recuperación de CH y en la captura de CO a diferentes presiones
4 2
(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.26 EficienciaenlarecuperacióndeCH yenlacapturadeCO adiferentescaudales(man-
4 2
teniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.27 EficienciaenlarecuperacióndeCH yenlacapturadeCO adiferentestasasdevapor
4 2
(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.28 Requerimientodeenergíaeléctrica,térmicaytareadeenfriamientoadiferentestempe-
raturas(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.29 Requerimientodeenergíaeléctrica,térmicaytareadeenfriamientoadiferentespresio-
nes(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.30 Requerimientodeenergíaeléctrica,térmicaytareadeenfriamientoadiferentescaudales
(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.31 Requerimientodeenergíaeléctrica,térmicaytareadeenfriamientoadiferentestasasde
vapor(manteniendoconstantelosdemásparámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.1 Límitesdelsistemadelprocesodevaloraciónconagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2 LímitesdelsistemadelprocesodevaloraciónconDEPG . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.3 LímitesdelsistemadelprocesodevaloraciónconDGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.4 Comparacióndelosimpactosdelastecnologíasdevaloracióndebiogás . . . . . . . . . 149
6.5 AnálisisdesensibilidadalreducirlaspérdidasdeCH al1%enelprocesodevaloración
4
conagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.6 AnálisisdesensibilidadalaumentarlaspérdidasdeCH al10%enelprocesodevalo-
4
raciónconagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.7 Contribución al cambio climático del proceso de valoración con agua (a) Pérdidas de
CH del1%,(b)PérdidasdeCH del6%y(c)PérdidasdeCH del10%. . . . . . . . . 151
4 4 4
6.8 Contribuciónalaoxidaciónfotoquímicadelprocesodevaloraciónconagua(a)Pérdidas
deCH del1%,(b)PérdidasdeCH del6%y(c)PérdidasdeCH del10% . . . . . . . 152
4 4 4
6.9 Límitesdelsistemadelosprocesosdegeneracióndebiogásapartirdediferentesfuentes 154
6.10 ComparacióndelosprocesosdegeneracióndebiogásapartirdeRSU(Opción1y2) . . 156
6.11 Comparacióndelosprocesosdegeneracióndebiogásapartirdeefluenteslíquidos(Cer-
veceríayAgroindustria,Opción1y2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.12 Comparacióndelosimpactosdelosprocesosdegeneracióndebiogás . . . . . . . . . . 157
6.13 Límitesdelsistemadelusofinaldelbiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.14 Comparacióndelosimpactosgeneradosalproducir1kWdeenergíaeléctrica . . . . . . 163
6.15 Comparacióndelosimpactosgeneradosalproducir1m3 gasparaserinyectadoalared 164
6.16 Comparacióndelosimpactoscausadosalusarenergíaeléctricageneradaconbiogás . . 165
7.1 Esquemadelaplantapilotodepurificacióndebiogás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.2 Columnadebiofiltración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.3 Esquemadeintergraciónexperimentos-simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
A.1 GráficoNormaldelosresiduosparalasrespuestasR1(Energíaeléctrica),R2(Tareade
enfriamiento),R3(CH Recuperado)yR4(CO Capturado)enelprocesodevaloración
4 2
conagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
A.2 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con agua en el con-
sumodeenergíaeléctrica(a)einteracciónentrelosfactoresAyB(b) . . . . . . . . . . 200
A.3 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con agua en el con-
sumodetareadeenfriamiento(a)einteracciónentrelosfactoresAB(b) . . . . . . . . . 201
ListadeFiguras x
A.4 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con agua en la recu-
peracióndeCH (a)einteracciónentrelosfactoresBC(b) . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4
A.5 Gráficodeperturbacióndelasvariablesdelprocesodevaloraciónconaguaenlacaptura
deCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
2
A.6 Optimización numérica de la función de deseabilidad utilizando RSM para el proceso
devaloraciónconagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
A.7 Zona óptima de las respuestas analizadas para la valoración de biogás con agua (Con-
centracióndeCO2: 40%,T:12oC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
A.8 Zona óptima de las respuestas analizadas para la valoración de biogás con agua (Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)T:5oCy(b)T:40oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
A.9 Zona óptima de las respuestas analizadas para la valoración de biogás con agua (Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)P:15bary(b)P:40bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
A.10 Zona óptima de las respuestas analizadas para la valoración de biogás con agua (Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)Q:35m3/h)y(b)Q:75m3/h . . . . . . . . . . . . . . . . 205
A.11 GráficoNormaldelosresiduosparalasrespuestasR1(Energíaeléctrica),R2(Tareade
enfriamiento),R3(CH Recuperado),R4(CO Capturado)yR5(Energíatérmica)enel
4 2
procesodevaloraciónconDEPG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
A.12 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DEPG en el
consumodeenergíaeléctrica(a)einteracciónentrelosfactoresAyB(b) . . . . . . . . 209
A.13 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DEPG en el
consumodetareadeenfriamiento(a)einteracciónentrelosfactoresAB(b) . . . . . . . 209
A.14 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DEPG en el
requerimientodeenergíatérmica(a)einteracciónentrelosfactoresAyB(b) . . . . . . 210
A.15 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DEPG en la
recuperacióndeCH (a)einteracciónentrelosfactoresBD(b) . . . . . . . . . . . . . . 210
4
A.16 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DEPG en la
capturadeCO (a)einteracciónentrelosfactoresAD(b)yBD(c) . . . . . . . . . . . . 211
2
A.17 Optimización numérica de la función de deseabilidad utilizando RSM para el proceso
devaloraciónconDEPG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
A.18 ZonaóptimadelasrespuestasanalizadasparalavaloracióndebiogásconDEPG(Con-
centracióndeCO2: 40%,T:5oC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
A.19 ZonaóptimadelasrespuestasanalizadasparalavaloracióndebiogásconDEPG(Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)T:5oC)y(b)T:40oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
A.20 ZonaóptimadelasrespuestasanalizadasparalavaloracióndebiogásconDEPG(Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)P:6bary(b)P:30bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
A.21 ZonaóptimadelasrespuestasanalizadasparalavaloracióndebiogásconDEPG(Con-
centracióndeCO2: 40%,(a)Q:34m3/h)y(b)Q:60m3/h . . . . . . . . . . . . . . . . 214
A.22 GráficoNormaldelosresiduosparalasrespuestasR1(Energíaeléctrica),R2(Tareade
enfriamiento),R3(CH Recuperado),R4(CO Capturado)yR5(EnergíaTérmica)del
4 2
procesodevaloraciónconDGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
A.23 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DGA en el con-
sumodeenergíaeléctrica(a)einteracciónentrelosfactoresBE(b),BF(c)yEF(d) . . . 221
A.24 Gráfico de perturbación de las variables del proceso de valoración con DGA en el con-
sumo de tarea de enfriamiento (a) e interacción entre los factores BE (b), BF (c) y EF
(d) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
A.25 GráficodeperturbacióndelasvariablesdelprocesodevaloraciónconDGAenlarecu-
peracióndeCH (a)einteracciónentrelosfactoresAB(b) . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4