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 (СН4 – 50-70%), вуглекислий газ (СО2 – 30-45%), сірководень (Н2S – 10-30.000 мг/м³), вода (Н2О – 0-10 %), азот (N2- 0,01-5%), водню (H2- 0-1 %), аміаку (NH3 -0,01-2,5 мг/м³) та кисень (О2- 0,01-2%). Наявність таких домішок значно знижує якість біогаза 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 ко-генерація – разом з тепловою енергією), отримання теплової енергії (в котлах зі спеціальними пальниками), очистка до біометану (закачування до газової мережі) та отримання біопалива (bioLNG).
Так наприклад при використанні біогазу для виробництва тепла в газових котлах (типу ДКВр, КЕ та ін.) обмеження стосуються лише концентрації Н2S (не більше 100-500 ppm). При цьому немає необхідності видаляти зайву вологу та вуглекислий газ. У випадку застосування біогазу в кухонних плитах існують більш високі вимоги до очистки від Н2S та CO2. При спалюванні біогазу в газо-поршневих двигунах (когенератори Jenbacher та Caterpillar) існують певні вимоги до вмісту Н2S (зазвичай не більше 200 ppm), а також до надмірного вмісту вологи, утворення конденсату є неприпустимим. Найбільш суворі вимоги до очистки біогазу висуваються у випадку його подачі в мережу природнього газу (ПГ) та при прямому використанні в якості моторного палива. В цьому випадку треба збагачувати біогаз до якості ПГ, тобто біометану, з вмістом СН4 більше 97% та вмістом кисню менше 1% .Під кожен такий випадок потрібно отримувати конкретні технічні умови у РГК.
Першим кроком в очищенні біогазу є охолодження і осушення – очищення від води. Наявність H2О є дуже небезпечним і призводить до швидкого зношення агрегатів для утилізації газу, корозії труб (на це впливає також наявність сірководню) та запірно-регулюючої арматури: клапанів, кранів, засувок тощо. Біогаз на виході з реактора або тіла полігону ТПВ має відносну вологість 100%. Маса парів води в ньому залежить від температури і складає близько 40 г/нм3 при 35оС.
Далі біогаз необхідно осушити від надлишкового конденсату.
КОНДЕНСАЦІЯ
Отриманий біогаз із високим вмістом вологи охолоджується на поверхнях теплообмінників і газових труб. Пара, що утворюється, збирається і відокремлюється у найглибшому місці схилку газопроводу. При цьому вирішальне значення має достатня довжина газопроводу і низька температура. Для охолодження біогазу компанія AC-GROUP при будівництві використовує газо охолоджуюче обладнання в комплексі. Якщо перед охолодженням біогаз стиснути, з нього можна видалити ще більше води оскільки температуру конденсації біогазу можна знижувати і далі.
Після того як осушили біогаз і видалили надлишкову вологу, його потрібно очистити від сірки (H2S). Сірководень навіть у малих дозах є небезпечним для здоров’я людини (може подразнювати шкіру, слизову оболонку очей і дихальних шляхів, включно з кашлем), а також призводить до швидкого зношення і корозійних пошкоджень генераторів, газоводяних теплообмінників, запірно-регулюючої арматури. Тому знесірчення біогазу має найвищий пріоритет в процесі очищення.
Є декілька видів знесірчення:
- Біологічне знесірчення у ферментаторі (внутрішнє);
- Знесірчення каталітичним методом за допомогою активованого вугілля;
- Біологічне знесірчення поза ферментером (зовнішнє);
- Знесірчення утворення осаду сульфіду;
- Знесірчення за допомого хелату 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 саме за допомогою спеціально обробленим активованим гранульованим вугіллям. Дана технологія застосовується на біогазових комплексах з низьким та середнім вмістом сірки в біогазу (до 500ppm), дивлячись який органічний матеріал використовується для отримання біогазу.
У цій технології застосовується просочене або леговане активоване вугілля.
Найменування | Величина |
Діаметр гранул | 4мм |
Насипна щільність | 460 кг/м3 |
Активна поверхня | 930 м2/г |
Вміст вологи | 7 – 12% |
Рекомендована відносна вологість біогазу | 40 – 80% |
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, послідовністю його обв’язки.
Збагачення біогазу до біометану
Головним цільовим компонентом видалення при збагаченні біогазу до якості біометану є вуглекислий газ (СО2 – 30-45%). Технологія його видалення є визначальною в загальній схемі очистки. Додатковими етапами очистки є попереднє видалення або доочистка від домішок, переважно Н2S та 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 газу м3/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, при цьому молекули газів (СО2 та Н2S) проходять скрізь пори мембрани, а молекули СН4 залишаються. «Сухі» мембрани працюють при високому (>20 бар) або середньому (8-10 бар) тисках. У випадку «мокрих» мембран використовують абсорбенти (аміни), поглинаючі СО2, який дифундує через мембрану. Процес відбувається при низькому надлишковому тиску, близькому до атмосферного. Перед збагаченням біогаз стискають та осушують. Після розділення необхідна доочистка біометан від Н2S.
Після очищення біогазу до якості біометану – додається одорант (одорант – речовина, яку додають до газу, 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 природньому газу.
Обладнання по очистці та осушуванню біогазу, що ми застосовували на різних об’єктах – перевірено та випробувано на українських станціях.
Об’єкти, де змонтоване обладнання по очистці біогазу
№ з/п | Найменування об'єкту | Система очищення та осушування біогазу | Роки поставки обладнання та його монтаж |
1 | БГУ в с. Журавка | 2000 нм3/год | 2020-2021 рік |
2 | БГУ в с. Линовиця | 4000 нм3/год | 2021-2022 рік |
3 | БГУ в с. Городище-Пустоварівське | 1100 нм3/год | 2022-2023 рік |
4 | БГУ в с. Теофіполь | 10 000 нм3/год | 2022-2023 рік |
Своєю роботою, обладнання підтвердило якість та надійність. Устаткування для системи постачається з країн ЄС – Бельгія, Німеччина та Італія. 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 (залишки тваринництва та фермерських господарств, енергетичних культур, промислових відходів). АС GROUP допоможе вам в реалізації проекту будівництва біогазового комплексу “під ключ”. Інвестуйте в біо доступно!газ сьогодні, тому що з нами це – вигідно, надійно та доступно!
