Cómo elegir la mejor técnica de evaporación para digestato y lodos

En los últimos años, hemos observado un mayor interés de los clientes en el uso de MVR para la evaporación. Dado el turbulento ascenso y caída de los mercados energéticos desde 2020, esto es comprensible, ya que la energía eléctrica empleada en MVR suele ser más barata que la energía térmica necesaria para la evaporación tradicional. Sin embargo, hay una serie de factores limitantes y consideraciones clave al utilizar MVR, sobre todo para productos muy espesos y viscosos, como el digestato y los lodos, que implica un incremento de la inversión (y la complejidad) de una solución de evaporación basada en MVR. Por lo tanto, es muy importante que se consideren todos estos elementos desde el principio, de modo que se pueda tomar una decisión de inversión precisa, basada tanto en la inversión (Capex) como en los costes operativos (Opex).

Las técnicas tradicionales de evaporación utilizan un fluido de servicio a alta temperatura (como vapor presurizado) para elevar la temperatura del producto por encima de su punto de ebullición, de modo que el agua (y otros compuestos volátiles) se elimina y queda una solución más concentrada. La principal fuente de energía para este proceso es el combustible utilizado para calentar el agua (vapor) en la caldera, como gas o petróleo.

En el proceso MVR, el vapor procedente del producto en el evaporador se canaliza hacia un compresor que aumenta la presión (y, por lo tanto, la temperatura). Este vapor, que ahora está por encima del punto de ebullición del producto, se utiliza como fluido de servicio para el evaporador. Como el compresor utiliza un motor eléctrico, el proceso se impulsa con electricidad en lugar de energía térmica. Como el compresor reutiliza/recicla el vapor evaporado, se recupera una gran cantidad de calor latente, lo que convierte el proceso MVR en uno de los métodos más económicos de evaporación de agua en términos de costes operativos.

Sin embargo, debido a la forma en que funciona el MVR, existen algunas limitaciones inherentes en el proceso que no se dan en la evaporación térmica tradicional. Cuando se evapora a presión atmosférica, dependiendo del tipo de compresor, el aumento de temperatura proporcionado por el compresor suele estar entre 8°C y 15°C. La diferencia de temperatura relativamente pequeña entre el fluido de servicio y el punto de ebullición del producto (~100°C) hace que la transferencia térmica entre ambos sea limitada, por lo que es preciso una gran superficie para lograrlo. En pocas palabras, se necesita un intercambiador de calor grande.

Por el contrario, las calderas pueden suministrar una presión máxima de vapor de hasta 8 o 10 bares, lo que supone una temperatura efectiva de 160°C o 180°C. Incluso si el funcionamiento general está por debajo de estos niveles, el vapor de una caldera estará considerablemente más caliente que el de un compresor. La mayor diferencia de temperatura significa que se necesita una superficie de transferencia menor y se puede utilizar un intercambiador mucho más pequeño.

Debido a la naturaleza espesa y al alto potencial de ensuciamiento de muchos lodos y digestato, en la mayoría de los casos se necesita una superficie relativamente grande para lograr una transferencia térmica suficiente. Debido a las limitaciones de los compresores en términos de temperatura del fluido de servicio, los intercambiadores y las bombas necesarios pueden ser excepcionalmente grandes. Esto no solo aumenta el coste de capital, sino que, al necesitar bombas más grandes para impulsar el producto a través del intercambiador más grande, también se precisa más energía para su funcionamiento, por lo que la ventaja de los costes operativos comienza a reducirse.

El digestato y los lodos suelen contener sólidos suspendidos que aumentan la viscosidad del producto cuando se evaporan, lo que aumenta aún más los problemas descritos anteriormente. Por lo tanto, si deseamos utilizar la evaporación MVR, hay que tratar previamente el producto, para eliminar la mayor cantidad posible de estos sólidos, generalmente mediante filtración, a fin de lograr las tasas necesarias de transferencia térmica en el intercambiador. Nuevamente, agregar este paso de pretratamiento añade costes de capital significativos y reduce los posibles ahorros energéticos durante la operación.

El digestato contiene entre 2.000 ppm y 3.000 ppm de amoniaco. El tratamiento previo del producto con ácido para reducir el pH podría neutralizar el amoniaco, evitando su evaporación y reduciendo el riesgo de daños al compresor, pero una vez más, esta necesidad de dosificación de ácido añade un coste adicional y complejidad operativa. También hay que tener en cuenta la naturaleza del material y la combinación necesaria de pretratamiento químico y físico.

Como no hay dos lodos iguales, en HRS siempre analizamos el producto con el que trabajará cada cliente para determinar no solo la mejor solución de intercambiador de calor para el proceso de evaporación, sino también qué pretratamiento sería necesario.

La evaporación de lodos y digestato mediante MVR es posible, y HRS Heat Exchangers ha suministrado dichos sistemas en los casos en que resulta adecuado. Sin embargo, nuestra experiencia ha demostrado que es esencial realizar un cuidadoso análisis que incluya las modificaciones del sistema necesarias para garantizar una evaporación eficiente y eficaz del proyecto, a fin de determinar la tecnología más adecuada y económica en cada caso.

Por ejemplo, ¿los elevados costes de capital de una solución de evaporación alimentada por MVR compensan los menores costes operativos? Para muchas aplicaciones de digestato, las tecnologías de evaporación térmica tradicionales siguen siendo la mejor opción económica, pero cada situación debe evaluarse teniendo en cuenta todos los aspectos.

Es importante evaluar y comprender a fondo la naturaleza del producto y especificar e incluir desde el principio todos los equipos necesarios de un sistema completo, de modo que se pueda tomar una decisión de inversión precisa, basada en toda la información necesaria. De lo contrario, podríamos tomar una solución costosa que no funcione como se esperaba.