Очищення біогазу
Біогаз – це багатокомпонентний газ, який утворюється в результаті анаеробного зброджування біомаси (органічних відходів, енергетичних культур, відходів тваринництва та промисловості) під впливом бактерій. Біогаз в своєму складі містить метан (CH4 – 50–70%), вуглекислий газ (CO2 – 30–45%), сірководень (H2S – 10–30 000 мг/м³), воду (H2O – 0–10 %), азот (N2 – 0,01–5%), водень (H2 – 0–1 %), аміак (NH3 – 0,01–2,5 мг/м³) та кисень (O2 – 0,01–2%). Наявність таких домішок значно знижує якість біогазу як палива, що призводить до корозії швів та може спричинити негативні наслідки для його використання: виробництва електричної та теплової енергії, технологічного транспортування біогазу, очистки до біометану тощо. Тому проведення очистки біогазу від домішок є обов’язковим для нормальної роботи обладнання та довготривалого його використання.
Очищення біогазу від конденсату та сірководню
Ступені очистки біогазу від домішок визначають його застосування: спалювання біогазу для отримання електричної енергії (генерація та когенерація – разом з тепловою енергією), отримання теплової енергії (в котлах зі спеціальними пальниками), очистка до біометану (закачування до газової мережі) та отримання біопалива (bioLNG).
Стандарти очищення біогазу перед використанням
При використанні біогазу для виробництва тепла в газових котлах основною вимогою є концентрація H₂S — 100–500 ppm. Видалення зайвої вологи та CO₂ у цьому випадку не є обов’язковим. Для газопоршневих двигунів (Jenbacher, Caterpillar) вміст H₂S зазвичай не повинен перевищувати 200 ppm, а утворення конденсату є неприпустимим.
Найсуворіші вимоги застосовуються при подачі біогазу в газову мережу або використанні його як моторного палива. У такому випадку біогаз збагачують до якості біометану з вмістом CH₄ понад 97% та O₂ менше 1%. Конкретні вимоги визначаються технічними умовами газорозподільної компанії.
Першим етапом очищення біогазу є його охолодження та осушення. Висока вологість спричиняє зношення обладнання, корозію трубопроводів і запірно-регулюючої арматури. Біогаз, що виходить із реактора або полігону ТПВ, має відносну вологість близько 100%. За температури 35 °C він може містити близько 40 г водяної пари на 1 м³. Тому перед подальшим очищенням необхідно видалити надлишкову вологу та конденсат.
КОНДЕНСАЦІЯ
Біогаз із високим вмістом вологи охолоджується на поверхнях теплообмінників і газопроводів. Утворений конденсат збирається та відводиться в найнижчій точці газопроводу. Для ефективного охолодження важливі достатня довжина газопроводу та низька температура. Компанія AC-GROUP використовує комплексне газоохолоджуюче обладнання. Попереднє стиснення біогазу перед охолодженням дозволяє видалити ще більше вологи.
Після осушення біогаз необхідно очистити від сірководню (H₂S). Навіть у невеликих концентраціях H₂S небезпечний для здоров’я людини та може спричиняти подразнення шкіри, очей і дихальних шляхів. Крім того, сірководень прискорює зношення та корозію генераторів, газоводяних теплообмінників, трубопроводів і запірно-регулюючої арматури. Тому знесірчення є одним із ключових етапів очищення біогазу.
Основні методи знесірчення біогазу:
- Біологічне знесірчення у ферментаторі (внутрішнє);
- Каталітичне знесірчення за допомогою активованого вугілля;
- Біологічне знесірчення поза ферментатором (зовнішнє);
- Знесірчення шляхом утворення сульфідного осаду;
- Знесірчення із застосуванням хелатів заліза;
- Знесірчення за допомогою залізовмісних очищувальних мас.
ЗНЕСІРЧЕННЯ КАТАЛІТИЧНИМ МЕТОДОМ ЗА ДОПОМОГОЮ АКТИВОВАНОГО ВУГІЛЛЯ
На думку наших технологів, найкращим методом для відокремлення сірки з біогазу є саме використання спеціально обробленого активованого гранульованого вугілля. Дана технологія застосовується на біогазових комплексах з низьким та середнім вмістом сірки в біогазі (до 500 ppm), залежно від того, який органічний матеріал використовується для отримання біогазу. У цій технології застосовується просочене або леговане активоване вугілля.
Технічні характеристики вугільної засипки
Ця технологія призначена передусім для повного знесірчення після біологічного видалення сірководню до проведення адсорбції зміною тиску. Вищі концентрації H2S в біогазі призводять до швидшого насичення активованого вугілля. З цієї причини технологія не є економічно виправданою у випадку великих кількостей H2S. Як правило, активоване вугілля замінюється кожні 2–4 роки і утилізується термічним способом. Тому фахівці AC-GROUP рекомендують використовувати даний спосіб очистки при невеликому вмісті H2S, регулюючи обладнанням послідовність його обв’язки.
Збагачення біогазу до біометану
Головним цільовим компонентом видалення при збагаченні біогазу до якості біометану є вуглекислий газ (CO2 – 30–45%). Технологія його видалення є визначальною в загальній схемі очистки. Додатковими етапами очистки є попереднє видалення або доочистка від домішок, переважно H2S, VOC, вологи. Завдяки своїм фізичним властивостям вуглекислий газ впливає на його теплотворну здатність, щільність і теплоту згорання.
| Тип газу | Склад газу,% | Густина газу, кг/нм3 | Вища теплотворна здатність газу – Qвр | Число Воббе – Wр | ||||||||||
| CH4 | C2H6 | C3H8 | CnHm | CO2 | H2S | N2 | O2 | МДж/ни3 | кВт*год/м3 | МДж/нм3 | кВт*год/м3 | |||
| Природній газ | Мін.якість | 90,0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,01 | 0,001 | 0,01 | 0 | 0,7 | 36,20…38.30* | 10,06…10,64* | 41,28…47,38* | 11,47…13,16* |
| Макс.якість | 99,0 | 7,0 | 3,0 | 3,0 | 2,0 | 0 | 5,0 | 0,02 | 0,2 | 38,85…41,10** | 10,80…11,42** | 48,36…57,87** | 13,43…16,08** | |
| Сер.якість | 96,28 | 1,21 | 0,7 | 0,5 | 0,09 | 0,0 | 1,1 | 0,009 | 0,71 | 37,99 | 10,55 | 49,73 | 13,81 | |
| Біогаз | Мін.якість | 45 | – | – | – | 55 | – | – | 0,5…1 | 1,41 | 17,91 | 4,98 | – | – |
| Cер.якість | 55 | – | – | – | 45 | – | – | 1,28 | 21,89 | 6,08 | – | – | ||
| Макс.якість | 65 | – | – | – | 35 | – | – | 1,16 | 25,87 | 7,19 | – | – | ||
| Біометан | Мін.якість | 95 | – | – | – | 5 | – | – | 0,5…1 | 0,78 | 37,80 | 10,5 | – | – |
| Сер.якіст | 97 | – | – | – | 3 | – | – | 0,76 | 38,60 | 10,72 | – | – | ||
| Мак.якість | 98 | – | – | – | 2 | – | – | 0,74 | 39,00 | 10,83 | – | – | ||
Примітка: * – показники для L-газу згідно ДСТУ 13686:2013
** – показники для H-газу згідно ДСТУ 13686:2013
Для збагачення біогазу до якості природного газу можна застосовувати різні технології:
- Мембранна сепарація.
- Очищення вологим способом під тиском – DWW.
- Адсорбція під перемінним тиском — PSA.
- Фізична абсорбція органічними сорбентами.
- Хімічна абсорбція органічними сорбентами.
- Кріогенна сепарація.
Кожна з них має свої переваги і недоліки, але розглянемо практичний спосіб, який реалізовується в Україні агрохолдингом GalsAgro у Чернігівській області, а саме — очистка біогазу до біометану за технологією мембранної сепарації. На нашу думку, цей спосіб є простим та ефективним.
Агрохолдинг GalsAgro вперше в Україні буде виробляти біометан CH4 з біогазу та буде закачувати біометан до газорозподільних мереж у Чернігівській області. Сировиною для виробництва біогазу з подальшим доочищенням до біометану, слугують енергетичні культури та відходи від виробництв агрохолдингу. Отриманий біометан дозволить безперебійно забезпечувати екологічно чистим українським газом близько 1500 домогосподарств (близько 3 млн м³ газу на рік). Якість даного біометану — повна аналогія природному газу, різниця тільки в походженні.
Мембранна сепарація
Мембранна сепарація буває двох основних типів: «газ-мембрана-газ» («сухі» мембрани) та «рідина-мембрана-газ» («мокрі» мембрани).
На об’єкті в Чернігівській області застосовується обладнання типу «сухих» мембран, що базується на створенні різниці тисків по обидва боки від мембрани: молекули газів (CO2 та H2S) проходять крізь пори мембрани, а молекули CH4 залишаються. «Сухі» мембрани працюють при високому (>20 бар) або середньому (8–10 бар) тиску. У випадку «мокрих» мембран використовують абсорбенти (аміни), що поглинають CO₂, який дифундує через мембрану. Процес відбувається при низькому надлишковому тиску, близькому до атмосферного. Перед збагаченням біогаз стискають та осушують. Після розділення необхідна доочистка біометану від H2S.
Після очищення біогазу до якості біометану додається одорант (одорант — додають, щоб надати йому сильного специфічного запаху, головним чином попереджувального, завдяки чому визначають місця витікання газу). І далі отриманий біометан можна закачувати в газову мережу і використовувати аналогічно природному газу.
Обладнання для очищення та осушення біогазу, що ми застосовували на різних об’єктах, перевірено та випробувано на українських станціях.
Об’єкти, де змонтоване обладнання по очистці біогазу
Своєю роботою обладнання підтвердило якість та надійність. Устаткування для системи постачається з країн ЄС – Бельгії, Німеччини та Італії. Все обладнання має європейський сертифікат якості та високий клас енергоефективності. Команда AC GROUP може підібрати та поставити інше аналогічне обладнання для Вашої біогазової станції за побажанням. Окрім того, ми маємо відповідні технології для отримання біогазу з багатьох видів сировини (залишків тваринництва та фермерських господарств, енергетичних культур, промислових відходів). АС GROUP допоможе вам в реалізації проекту будівництва біогазового комплексу “під ключ”. Інвестуйте в біогаз сьогодні, тому що з нами це — НАДІЙНО,
ПРОФЕСІЙНО, ЕФЕКТИВНО!
