Удаление влаги из биогаза как процедура подготовки биометана к промышленной утилизации

Одним из ключевых этапов, входящих в комплекс процедур по обогащению и подготовке биометановой смеси к использованию в качестве моторного топлива или топочного газа, является удаление влаги из биогаза.

Задайте вопрос или запросите расширенную консультацию

Необходимость обезвоживания биометановой смеси

Обоснование необходимости осушения биогаза можно разделить на 4 взаимодополняющих аспекта:

1. Снижение калорийности топлива: наличие водяных паров в топливе снижает теплоотдачу, ухудшая тем самым общую целесообразность синтезирования газообразного биотоплива. Помимо прочего, сопутствующая вода – особенно нагретая до пара в результате сжигания метана – выступает в роли дополнительного коррозионного фактора;
2. Использующийся в качестве топочного газа для обогрева помещений, биометан, не прошедший процедуру влагоудаления, может «намерзать» внутри газовых труб, сужая их просвет вплоть до полной остановки газопотока (особенно актуальна эта проблема в регионах с суровыми зимами);
3. При определенных термобарических условиях газы – в присутствии водяного пара – могут образовывать твердые кристаллические газовые гидраты (клатраты), которые, скапливаясь в изгибах труб, могут мешать прохождению потока;
4. Если предприятие готово сбрасывать метан в газовую сеть общего пользования, оно обязано поставлять продукцию, соответствующую специальным нормам, (которые также не допускают содержания влаги в смеси).

Методы осушения биогаза

На сегодняшний день используется несколько методик осушения биометановой смеси, показывающих – в зависимости от условий, количества и параметров обрабатываемого газа – различные степени эффективности.

Конденсация влаги в кожухотрубных теплообменниках

Одним из наиболее рациональных подходов к газоосушке является имплементация в газоочистную систему кожухотрубного теплообменника.

Начавшие свой технологический путь еще в начале 20-го века, теплообменные агрегаты непрерывно совершенствовались, и к текущему моменту кожухотрубные рекуператоры доведены до предельных уровней эффективности, компактности и безопасности.

^{Горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник (количество и диаметр трубок, как и общая длина агрегата, могут варьировать от модели к модели)}

Принцип работы трубчатого рекуператора основывается на тепловом обмене через поверхность изолированных трубок, имеющих отличную от обрабатываемой среды температуру, в результате чего пары воды достигают точки росы и конденсируются в жидкость, которая механически сепарируется (отводится) от газопотока.

Преимущества кожухотрубных рекуператоров трубчатого типа в разрезе обезвоживания биометана:

• Высокая степень конденсации водяных паров.
• Отсутствует прямой контакт сред (биогазовой смеси и теплоносителя).
• Диапазон рабочих температур КТ позволяет беспрепятственно обрабатывать биогаз, чья температура при выходе из реактора не превышает 35 °C (при мезофильном режиме сбраживания биомассы) или 55 °C Цельсия (при термофильном сбраживании).
• Устойчивость к возможным гидравлическим ударам.
• Надежность, износостойкость, долгий срок службы, высокая ремонтопригодность, экономичность и простота внедрения в любой газовоздушный тракт.

^{Биогазоочистная установка на базе двух адсорбционных модулей (осушающая подсистема обозначена желтым цветом)}

Говоря о теплообменном оборудовании с изолированным контактом сред, стоит упомянуть и агрегаты, в которых используются активные хладагенты – фреон, аммиак, элегаз (гексафторид серы) и некоторые другие.

Несомненно, в определенных обстоятельствах активное охлаждение и резкие фазовые переходы гарантируют более высокий КПД влагоудаления, но, в рамках использования биогазовых когенераторов, (почти всегда устанавливающихся в тандеме с БГУ), дополнительные затраты энергии на поддержание активности холодильного агента имеют сомнительную рациональность.

Абсорбционная осушка / гликолевая промывка

Одним из применяемых контактных способов удаления из биогаза влаги и других примесей является абсорбционная промывка газосмеси триэтиленгликолем, (или, как часто говорят, – гликолем).

Данный подход часто используется для газосушки на крупных нефтегазоперерабатывающих предприятиях и заключается в барботаже газа-сырца через метастабильный высокотемпературный (200 °C) слой вспененного этиленгликоля. Гликоль хорошо сорбирует не только водяные пары, но и боле тяжелые гомологи метана – пропан, бутан и другие.

^{Система гликолевой промывки – сложный комплекс агрегатов}

Анализ плюсов и минусов гликолевой дигидратации показывает, что в подавляющем большинстве случаев мокрая абсорбция не подходит для осушения биогаза.

Адсорбционное дегидрирование метановой смеси

Другим методом сепарации влаги из биологического газа является сухая адсорбция. Физиосорбция паров H₂O обеспечивает, пожалуй, наиболее высокий КПД, но, с точки зрения внедрения этой методики на участке по бактериальной генерации метана, обладает существенными – в основном, экономическими – недостатками.

Если говорить именно о дегидрации, то в качестве влагопоглощающих субстратов в адсорбционных модулях используется силикагель, активированный уголь, хлористый кальций и другие соединения / природные минералы, обладающие высокой гигроскопичностью.

Неотъемлемой особенностью любого адсорбционного процесса является необходимость регенерации адсорбента, а также его периодической замены. Влага с исключительной активностью заполняет микропоры адсорбента, быстро деактивируя поверхностный слой фильтрующих гранул и, таким образом, снижая результативность работы фильтра.

^{Влагоосушающие адсорбенты (слева направо – силикагель, актикарбон, хлористый кальций)}

Таким образом, одновременное адсорбционное обезвоживание и удаление сероводорода из биометана – это технологически эффективный, но экономически неоправданный подход, подразумевающий частую регенерацию и замену адсорбента в силу его быстрого истощения.

Подводя итог, можно сказать, что адсорбционная экстракция влаги целесообразна в тех случаях, когда речь идет о сверхтонкой / абсолютной очистке газов, которая, как правило, проводится в отношении биометана весьма редко и только в условиях точного просчета экономической целесообразности таких процедур.

Среди прочих методов газоосушения следует упомянуть фильтрацию водяных паров через эластомерные или стекловолоконные мембраны, но эти методики, нашедшие ограниченное промышленное применение, вряд ли когда-либо будут использованы в биогазовых технологиях.

Проектирование, изготовление, доставка и внедрение оборудования

По любым вопросам, касающимся индивидуального проектирования установок для комплексной очистки биогаза от влаги и сероводорода, пожалуйста, контактируйте с нами любым удобным способом или заполняйте Опросник Заказчика.

^{Видеопрезентация: ключевые направления деятельности и преимущества ООО "ПЗГО"}

Быстро произведем, оперативно доставим и профессионально внедрим газоочистное оборудование мокрого или сухого типа на любом объекте России, Европы или Азии. Обучим персонал. Гарантия производителя.

ООО «ПЗГО» – дышите легко!