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Control del biogás en una fábrica de azúcar y etanol en Brasil

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¿Cómo ayuda Cubic Instruments a controlar el biogás en las plantas de azúcar y etanol de Brasil?

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Antecedentes del proyecto

Brasil es el primer productor y exportador mundial de caña de azúcar, con aproximadamente el 50% de la producción mundial de azúcar. Anualmente, el país produce alrededor de 654,8 millones de toneladas de caña de azúcar, 41,25 millones de toneladas de azúcar procesado y 29.700 millones de litros de etanol. El importante volumen de producción sitúa a Brasil como pionero mundial en energía de biomasa, especialmente mediante la utilización del bagazo de caña de azúcar. Cientos de centrales eléctricas de todo el país utilizan el bagazo de caña como combustible, principalmente mediante combustión directa, muchas de ellas con una capacidad superior a 1 MW.

En los últimos años, las principales empresas del sector han mostrado un interés creciente por la generación de biogás, que no sólo mejora la producción energética de los sistemas de biomasa basados en la caña de azúcar, sino que también tiene un potencial significativo para reducir la huella de carbono de la producción de caña.

CG (seudónimo utilizado en cumplimiento de los requisitos de confidencialidad del cliente), uno de los mayores productores de azúcar y etanol de Brasil, reconoció la oportunidad de implantar el biogás. En octubre de 2021, CG estableció su primera planta de biogás en Narandiba (estado de São Paulo) en asociación con GBT(seudónimo utilizado en cumplimiento de los requisitos de confidencialidad del cliente), una empresa especializada en soluciones de generación de biogás. Con el apoyo técnico de GBT, la planta de biogás utiliza múltiples materias primas: vinaza -un subproducto de la producción de etanol- durante las operaciones regulares, bagazo de caña de azúcar durante la temporada de cosecha y torta de filtración durante los periodos fuera de temporada. Este enfoque de múltiples materias primas mitiga eficazmente las limitaciones estacionales típicas de la producción de biogás y permite un funcionamiento continuo durante todo el año.

Requisitos de medición

El sulfuro de hidrógeno (H₂S) es una impureza común y problemática en el biogás. Puede inhibir la producción de metano (CH₄) y provocar una corrosión grave en los equipos. Por lo tanto, una medición precisa y fiable del H₂S es crucial en la monitorización del biogás.

Debido al alto contenido en proteínas de la vinaza, la concentración de H₂S en el biogás procedente de la producción de etanol puede alcanzar hasta el 1,5%, una cifra significativamente superior a la de otras materias primas. Los sensores tradicionales de H₂S con ECD (detector electroquímico) tienden a tener una vida útil corta en tales condiciones, lo que da lugar a sustituciones frecuentes y costosas.

Para reducir las necesidades de mantenimiento y mejorar la fiabilidad de la monitorización, se necesitaba un analizador de gases equipado con un sensor H₂S de larga vida útil que permitiera un funcionamiento eficaz del sistema de biogás.

Soluciones

Tras evaluar varias tecnologías y proveedores, CG seleccionó el sistema de análisis de gases Gasboard-3500UV de Cubic Instruments, basado en las tecnologías UV-DOAS (espectroscopia de absorción óptica diferencial ultravioleta), NDIR y ECD.

El analizador Gasboard-3500UV cuenta con un sensor H₂S de larga vida útil y admite tres canales de muestreo independientes, lo que permite la supervisión continua y en tiempo real de varios digestores con gran precisión y bajos requisitos de mantenimiento.

Componentes del sistema

Unidad de muestreo: Alojada en una carcasa a prueba de explosiones, la unidad de muestreo integrada incluye una bomba de muestreo, una placa de control de tres canales, válvulas solenoides y software de control. La unidad de muestreo extrae simultáneamente muestras de gas inestable a baja presión de tres digestores diferentes.

Unidad de pretratamiento: El sistema de pretratamiento incluye un tanque de deshidratación por gravedad, un filtro separador de gas y agua, un regulador de caudal y un refrigerador vortex. Estos componentes eliminan eficazmente el polvo, la humedad y otras impurezas, garantizando un flujo de gas limpio y estable hacia el analizador.

Unidad de análisis: El analizador Gasboard-3500UV combina múltiples tecnologías de detección (UV-DOAS, NDIR y ECD) en un diseño a prueba de explosiones. Permite una monitorización continua y de alta precisión de las concentraciones de H₂S, CO₂, CH₄ y O₂ en tiempo real, sin necesidad de una purga de aire externa.

Valor para el cliente

Al implementar el sistema Gasboard-3500UV basado en UV-DOAS, NDIR y ECD, CG puede supervisar continuamente el proceso de fermentación anaeróbica en tiempo real, lo que permite realizar ajustes oportunos para optimizar el rendimiento de la digestión. Esto mejora la estabilidad y la eficiencia de la producción de biogás y biometano.

La producción estable y fiable de biometano permitió a CG conseguir un contrato para suministrar biogás a tres ciudades cercanas, Narandiba, Pirapozinho y Presidente Prudente, con una población total de 264.000 habitantes.