Устройство для модернизации биогаза
Установка для модернизации биогаза — это установка, которая используется для концентрации метана в биогазе до стандартов природного газа . Система удаляет углекислый газ , сероводород , [1] вода и загрязняющие вещества из биогаза. Один из методов достижения этой цели использует обработку газа амином . Этот очищенный биогаз еще называют биометаном . Его можно использовать взаимозаменяемо с природным газом.
Сырой биогаз, полученный в результате сбраживания, состоит примерно из 60% метана и 29% CO 2 с микроэлементами H 2 S; он недостаточно высокого качества, чтобы его можно было использовать в качестве топливного газа для техники. Коррозионной природы одного только H 2 S достаточно, чтобы разрушить внутренние органы растения.
| Компонент | Диапазон | Средний |
|---|---|---|
| Метан | 45–70% | 60% |
| Углекислый газ | 25–55% | 35% |
| Водяной пар | 0–10% | 3,1% |
| Азот | 0,01–5% | 1% |
| Кислород | 0,01–2% | 0,3% |
| Водород | 0–1% | < 1% |
| Аммиак | 0,01–2,5 мг/м 3 | 0,7 мг/м 3 |
| сероводород | 0–30 000 мг/м 3 | 500 мг/м 3 |
Решением является использование процессов повышения качества или очистки биогаза, при которых загрязняющие вещества в потоке сырого биогаза абсорбируются или очищаются, в результате чего на единицу объема газа остается больше метана. Существует четыре основных метода очистки: промывка водой, адсорбция при переменном давлении , адсорбция селексолом и очистка газа амином .
Промывка водой
[ редактировать ]Наиболее распространенным методом является промывка водой, при которой газ под высоким давлением поступает в колонну, в которой диоксид углерода и другие микроэлементы очищаются каскадом воды, текущей встречно газу. Эта схема может обеспечить подачу 98% метана, при этом производители гарантируют максимальную потерю метана в системе 2%. Для работы системы модернизации биогаза требуется примерно от 3% до 6% от общего количества энергии, выделяемой в газе.
Адсорбция при переменном давлении
[ редактировать ]Типичная система PSA для биогаза будет иметь четыре ступени, по одной для водяного пара, углекислого газа, азота и кислорода. [2] Газ, подлежащий облагораживанию, поступает в каждый резервуар, сжимается до высокого давления, в результате чего удаляемый газ адсорбируется на поверхности адсорбента, а затем подвергается декомпрессии, позволяя метану уйти. Затем адсорбент регенерируют. Для кислорода молекулярные сита используют , для азота — цеолит, для углекислого газа и воды — цеолит или активированный уголь.
Селексол
[ редактировать ]В процессе Selexol (теперь лицензированный компанией UOP LLC) растворитель Selexol растворяет (абсорбирует) кислые газы из сырьевого газа при относительно высоком давлении, обычно от 300 до 2000 фунтов на квадратный дюйм (от 2,07 до 13,8 МПа). Затем богатый растворитель, содержащий кислые газы, сбрасывают под давлением и/или отгоняют паром для высвобождения и регенерации кислых газов. Процесс Selexol может работать выборочно для извлечения сероводорода и диоксида углерода в виде отдельных потоков, так что сероводород можно направить либо в установку Клауса для конверсии в элементарную серу, либо в установку WSA для конверсии в серную кислоту. в то же время диоксид углерода можно изолировать или использовать для повышения нефтеотдачи.
Селексол является физическим растворителем, в отличие от растворителей для удаления кислых газов на основе аминов, которые основаны на химической реакции с кислыми газами. Поскольку никаких химических реакций не происходит, Selexol обычно требует меньше энергии, чем процессы на основе аминов. Однако при давлении исходного газа ниже примерно 300 фунтов на квадратный дюйм (2,07 МПа) растворяющая способность Селексола (в количестве кислого газа, абсорбированного на объем растворителя) снижается, и процессы на основе аминов обычно оказываются более эффективными.
Аминовая установка очистки газа
[ редактировать ]H 2 S или оба H 2 S и CO 2 С помощью этой технологии можно удалить .
Химический состав аминной обработки таких газов несколько варьируется в зависимости от конкретного используемого амина. Для одного из наиболее распространенных аминов, моноэтаноламина (МЭА), обозначаемого как RNH 2 , химический состав может быть выражен как:
- РНХ 2 + Н 2 С РНХ +
3 + Ш −
Типичный процесс очистки аминного газа включает в себя блок абсорбера и блок регенератора . В абсорбере нисходящий раствор амина поглощает H 2 S и CO 2 из восходящего кислого газа с образованием газового потока, свободного от сероводорода и диоксида углерода в качестве продукта, и раствора амина, богатого поглощенными кислыми газами. Полученный «богатый» амин затем направляется в регенератор (отпарную колонну с ребойлером ) для производства регенерированного или «бедного» амина, который рециркулируется для повторного использования в абсорбере. Отпаренный верхний газ регенератора представляет собой концентрированные H 2 S и CO 2 .
Мембранные системы газопроницаемости
[ редактировать ]Мембранные системы облагораживания биогаза используют различную проницаемость газов через мембранное волокно. Когда биогаз проходит через плотную полимерную мембрану, CO 2 не проходит и удаляется, а CH 4 проходит. Мембранные газопроницаемые системы потребляют только электроэнергию, но не требуют никаких химикатов или воды. Для достижения более высокого содержания метана (до 99% метана) в конечном газе газ проходит через последовательные группы мембран. Поскольку мембраны чувствительны к воде и другим примесям в биогазе, газопроницаемые/мембранные системы требуют эффективной предварительной обработки (особенно H 2 S и удаления воды).
Цели и варианты
[ редактировать ]
Можно провести различие между базовой обработкой сырого биогаза, которая необходима, например, для использования на биогазовой ТЭЦ , и более сложной обработкой, необходимой для получения качественного природного газа ( биометана ).В приведенной выше таблице показан состав сырого биогаза после первичной очистки и биометана. Фракции сырого биогаза могут сильно различаться в зависимости от субстрата, конструкции установки и других факторов. Природа биометана адаптирована к соответствующим качествам природного газа.
Биогаз в основном используется непосредственно на биогазовых когенерационных установках . Это требует десульфурации и сушки во избежание коррозии на ТЭЦ. Чтобы иметь возможность подавать биогаз в сеть природного газа или использовать его в качестве топлива, необходима более комплексная обработка. Помимо сушки и десульфурации необходимо удалить углекислый газ и провести химическую обработку для получения свойств, соответствующих техническим характеристикам природного газа. Этот биометан можно закачивать в сеть природного газа и преобразовывать в электроэнергию и тепло с помощью ТЭЦ в месте, где это тепло может быть использовано, например, в бассейне , который круглый год имеет высокий спрос на тепло.
Использование «сети» природного газа также позволяет розничным потребителям приобретать определенную долю биометанового газа в своих контрактах на поставку газа.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ОЦЕНКА МЕТОДОВ МОДЕРНИЗАЦИИ БИОГАЗА, Маргарета Перссон, октябрь 2003 г., Школа экологической инженерии, Лундский университет.
- ^ Зафар, Салман. «Система PSA для модернизации биогаза» . Энергетический консалтинг . Проверено 31 декабря 2013 г.