ЯК ОЧИСТИТИ БІОГАЗ ВІД ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ

ЯК ОЧИСТИТИ БІОГАЗ ВІД ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ

Анаеробна технологія зброджування органічної маси, результатом якої є отримання біогазу, знаходить все більше поширення в світі як альтернативне джерело енергії (біогазу, електроенергії і теплової енергії). Переваги даної технології очевидні:

  • ми отримуємо відновлюване паливо, яке застосовується замість природного газу та інших корисних копалин,
  • знижуємо викиди парникових газів,
  • отримуємо у вигляді вторинного продукту високоякісний дегістат (його використовують в сільському господарстві як екологічно чисте органічне добриво).

Субстратом для анаеробного бродіння слугують практично будь-які органічні відходи, наприклад: осади очисних споруд, відходи рослинництва та тваринництва (гній), органічні фракції побутових і промислових відходів. Отримання та переробка біогазу стимулюється на законодавчому рівні в більшості європейських країн, в тому числі в Україні.

Біогазова суміш, в свою чергу, складається з метану (CH₄) і CO₂ (вуглекислий газ) з невеликою кількістю домішок (кисень, водень, сірководень, аміак та інші).

Концентрація CH₄, як головного енергоносія в біогазової суміші, безпосередньо впливає на ККД агрегатів. Вуглекислий газ, навпаки, знижує ефективність біогазу як джерела енергії, тому його кількість потрібно зводити до мінімуму. Наш матеріал присвячений питанню, як поліпшити якість біогазової суміші.

Отримання біогазу та його характеристики

Підвищення цін на нафту та природний газ, а також вигідні зелені тарифи на відновлювані джерела енергії привертають увагу до того, як отримати газ і особливостям цього процесу. Важливим аспектом в даному випадку є поліпшення якості біогазової суміші шляхом очищення від домішок або збільшення концентрації CH₄, адже саме від кількості метану залежить теплотворна здатність біогазу. Чим краще очищається видобутий газ, тим більше можливостей для його використання. Однак очищення збільшує його вартість, тому необхідно дотримуватися балансу між енергоспоживанням процесу та його ефективністю. Переробка біогазу для підвищення вмісту в ньому CH₄ – це важливий етап роботи сучасних біогазових установок.

Виробництво біогазу з анаеробної (безкисневої) технології ми розглядали в іншій статті. Нагадаємо, що результуючий склад дуже залежить від вихідної сировини та дотримання технологічного процесу. Біогаз, одержуваний з ТПВ, може містити азот, сірководень й інші елементи, в тому числі воду та тверді частки. Ці домішки, крім того, що знижують тепловіддачу, призводять до корозії та передчасного зносу устаткування. У таблиці нижче наводимо деякі показники.

Порівняльний склад біогазу, звалищного газу та природного газу.

БіогазЗвалищний газПриродний газ (Данія)Природний газ (Голландія)
CH₄ (об.%)60 –7035 – 658981
інші вуглеводні (об.%)009,43,5
двоокис вуглецю (об.%)30-4015-500,671
азот (об.%)0,25-400,2814
кисень (об.%)00,500
сірководень (ppm)0-40000-1002,9
аміак (ppm)100500
теплотворна здатність, (кВтг / нм3), мінімум6,54,4118,8

Окремі країни ввели стандартизовані вимоги до змісту домішок в біогазі для подачі його в загальну газотранспортну мережу або для використання в якості автомобільного палива.

Як очищається видобутий газ

Під виробництвом газу без вуглекислого газу мається на увазі можливість при необхідності видалити вуглекислий газ (підвищити концентрацію метану). Цей технологічний процес складається з декількох етапів: спочатку усувають воду, сірководень, азот та інші домішки, а потім – видаляють CO₂.

Видалення води

При виході з анаеробної установки газова суміш насичується водяною парою внаслідок природного випаровування води з субстрату. Ця волога може конденсуватися в газопроводах і викликати корозію. Іншою проблемою великої концентрації води в біогазової суміші є зменшення об’ємної концентрації метану. В такому випадку виникають побічні проблеми з роботою когенератора, складності запуску і горіння в цілому.

Методи видалення води можна розділити виходячи з використаної технології на наступні:

  • охолодження,
  • стиснення,
  • поглинання,
  • адсорбція.

При підвищенні тиску або зниженні температури газової суміші, вода конденсується (пар стає рідиною) і легко відводиться. Для охолодження газову лінію обладнують спеціальним конденсатовідвідником.

Вода також може бути видалена шляхом адсорбції з використанням діоксиду кремнію, активованого вугілля або молекулярних сит. Іншими технологіями видалення води є абсорбція в розчинах гліколю або використання гігроскопічних солей.

Як очистити біогаз від сірководню

Зменшити кількість сірководню в біогазі можна шляхом осадження безпосередньо в реакторі шляхом додавання реагентів і осадження нерозчинних сполук сірки безпосередньо в рідкій фазі субстрату. Альтернативним способом є очищення самої газової суміші від сірководню.

Для осадження додають іони заліза в формі хлориду або сульфату заліза. Отриманий в результаті реакції сульфід заліза випадає в осад і видаляється разом з твердими залишками.

Для видалення H₂S застосовують адсорбцію на активованому вугіллі. При цьому додають кисень, який окисляє сірководень до сірки, а вона, в свою чергу, адсорбується поверхнею активованого вугілля. Для видалення сірководню використовують також хімічне поглинання шляхом пропускання газової суміші через пористий матеріал, просочений реагентом; промивання розчином гідроксиду натрію або за допомогою промислових каталізаторів.

Як очистити біогаз від кисню та азоту

Вищеназвані елементи присутні не в кожному випадку. Їх наявність залежить від того, як відбувається переробка відходів – який субстрат і технології використовуються. Якщо в бродильної ємності є повітря, то азот потрапить в біогаз в будь-якому випадку.

Найбільш він характерний для отримання звалищного газу під тиском.

Видалення цих елементів до мінімального рівня необхідно, якщо кінцевий продукт призначений для паливних систем автотранспорту. З цією метою застосовують адсорбцію активованим вугіллям, молекулярними ситами або мембранами.

Видалення аміаку, силоксанів і твердих частинок

Аміак у силу своєї високої летючості та нестійкості зазвичай видаляється на попередніх ступенях очищення та додаткових заходів не вимагає.

Силоксани можуть бути присутніми в разі переробки осадів стічних вод, як результат потрапляння в стоки миючих засобів. Найчастіше вони видаляються в процесі адсорбції на активованому вугіллі в ході визволення газової суміші від сірководню або в процесі охолодження.

Тверді частинки відокремлюють за допомогою механічних фільтрів.

Переробка біогазу та його збагачення

Вуглекислий газ, який міститься в біогазі на виході з метантенка, знижує енергоефективність газової суміші. Для збільшення рівня CH₄ (збагачення) і, відповідно, для зростання тепловіддачі, вуглекислий газ з сирої біогазової суміші слід видаляти.

Перед тим як отримати газ, придатний для подачі в загальну газотранспортну мережу, його пропускають через спеціальні установки збагачення. Найчастіше використовують адсорбційну або абсорбційну методики, мембрани, хімічні реагенти.

Адсорбція при перепаді тиску (PSA). За допомогою цієї методики діоксид вуглецю відокремлюється шляхом адсорбції на поверхні під підвищеним тиском. Як адсорбенти застосовують активоване вугілля або цеоліти.

В установці по збагаченню, яка використовує техніку абсорбції, сирий біогаз зустрічається з зустрічним потоком рідини в колонці, яка заповнена пластиковим наповнювачем для збільшення площі контакту між газоподібною й рідкою фазою. Діоксид вуглецю більш розчинний, ніж метан. Рідина, що покидає колону, містить підвищену концентрацію діоксиду вуглецю, тоді як газова суміш на виході має підвищену концентрацію CH₄.

Сухі мембрани для збагачення виготовлені з матеріалів, які проникні для діоксиду вуглецю, води й аміаку. Сірководень і кисень до якоїсь міри проникають через мембрану, в той час як азот і метан проходять дуже незначною мірою.

Новим напрямком слід розглядати криогенну очистку, яка базується на різниці температури точок кипіння / сублімації різних речовин.

Виробництво біогазу, вільного від домішок: висновки

Переробка відходів з метою отримання біогазу – процес складний та вимагає знання мікробіології, хімії та суміжних наук. Велике значення для якості кінцевого продукту має ступінь його очищення та рівень вмісту метану. Вуглекислий газ й інші домішки слід видаляти. Ми в загальних рисах розглянули методики очищення видобутого газу.

Специфічність теми не дозволяє в рамках однієї статті розкрити всі сучасні можливості того, як отримати газ без домішок. Фахівці компанії Ecodevelop в кожному конкретному проекті пропонують найбільш підходящі способи вирішення цього питання.

Заповніть форму