Очистка биогаза от сероводорода, аммиака, окислов азота и ароматических углеводородов

Развитие биогазоэнергетики в России стремительно набирает обороты, что позволяет владельцам сельскохозяйственного бизнеса практически неограниченно обеспечивать индивидуальные хозяйства, фермы, аграрные заводы и комплексы электричеством, теплом и светом.

Возможность добычи чистого метана обуславливается не только использованием передовых биореакторных станций, но и – в не меньшей степени – внедрением эффективных и производительных установок для очистки биогаза от сероводорода и влаги, углекислоты, аммиака, оксидов азота, фенола и толуола, которые образуются в качестве побочных примесей в результате брожения биомассы.

Получите расширенную консультацию или запросите расчет стоимости оборудования

Сорбционное очищение биологического газа от примесей

В рамках цикла статей по подготовке биогаза мы в исключительных деталях рассмотрели удаление из биогаза углекислоты и влаги, поэтому данная страница в большей степени ориентирована на сорбционный захват сероводорода.

^{Компактная и высокопродуктивная абсорбционная система для комплексного обогащения биометана – сдалано в "ПЗГО"}

В целом, сепарация H₂S из биогаза прямо соотносится с удалением сернистого водорода из любой другой газовой среды, с тем отличием, что при обогащении биометана следует выбирать такие жидкие или твердые сорбенты, которые не реагировали бы с полезным продуктом – метаном.

Таким требованиям удовлетворяют несколько методов биогазовой десульфации – как мокрых, так и сухих. Коснемся чуть подробнее каждой методики.

Щелочная сорбция сероводорода и других активных примесей биогаза

Пожалуй, наиболее эффективным методом, с точки зрения комплексной очистки биогаза от H₂S – и, одновременно, от диоксида углерода, оксида азота и некоторых других – является щелочная сорбция биогазовых примесей в насадочных скрубберах или пенных абсорберах. Водные растворы NaOH, KOH, Na₂CO₃ (и прочих основных соединений) демонстрируют высокую степень улавливания сероводорода и углекислоты.

^{Общая схема установки}

На примере водного раствора едкого кали (KOH·H₂O) взаимодействие с типичными загрязнителями можно выразить как:

• 2KOH + H₂S → K₂S (сульфид калия) + 2H₂O
• 2KOH + CO₂ → K₂CO₃ (карбонат калия) + H₂O

Промывка газа водой / физиосорбция аммиака в воде

Что касается аммиака, то он, не реагируя с щелочью, может задерживаться на физиосорбционном базисе в воде, представляющей собой основу жидкого сорбента:

• NH₃ + H₂O → NH3·H2O

Высокополяризованный аммиак отличается высокой растворимостью в воде: даже при комнатной температуре нитрид водорода способен растворяться в H₂O с в соотношении 500:1.

Промывка метана водой позволяет задерживать не только аммиак, но и сероводород, а также другие, в том числе, микромеханические примеси. Эффективность захвата газов значительно увеличивается с повышением давления и уменьшением температуры сольвента.

^{Гидрофильтрация газа на примере насадочного абсорбера (демонстрация процессов, проходящих в рабочей камере аппарата)}

Реакция щелочных растворов с диоксидом азота

Что же до диоксида азота, то и он – в присутствии кислорода воздуха – способен реагировать с щелочью, что часто используется в крупнопромышленных подходах к очистке газов или воздуха от окислов азота:

• 4KOH + 4NO₂ + O₂ → 3KNO₃ (нитрат калия – ценное удобрение) + 2H₂O

Деактивация фенола и толуола

С щелочным раствором вступает в реакцию и фенол, в редких случаях образующийся в результате сбраживания биомассы:

• C₆H₅OH + KOH → C₆H₅OK (фенолят калия, в случае с NaOH на данном этапе образуется фенолят натрия) + H₂O

С гидроксидом натрия может реагировать и толуол, образуя бензилнатрий:

• NaOH + C₇H₈ → C₇H₇Na (бензилнатрий) + H₂O

Сухая адсорбция сероводорода на микропористых субстратах

Почти абсолютный КПД в улавливании сероводорода показывает адсорбционное оборудование, использующее в качестве фильтрующего субстрата твердые микропористые материалы.

Это могут быть гранулы, таблетки или пеллеты из цеолитов (природных и полусинтетических алюмосиликатов), активированного угля, гётита и других минералов, а также пористых металлизированных полимеров.

^{Чертеж двухадсорберной системы для обессеривания метана}

Особенностью адсорбционного процесса – как в крупной промышленности, так и в рамках процедур по удалению сероводорода из биогаза – является требование по регенерации и периодической замене адсорбента, которые осуществляются по мере «напитывания» фильтра серой.

^{Трехмерная схема, (желтым цветом выделена осушающая подсистема, изготовленная на базе кожухотрубчатого теплообменника)}

Следует учитывать, что для эффективной адсорбции сернистого водорода метан должен быть обезвожен до < 70% влажности. Несоблюдение этого требования приводит к быстрому истощению сорбента.

Другие подходы к обессериванию биогаза

Не менее результативными, но менее рациональными и более высокозатратными методами обессеривания биогаза являются следующие:

• Мембранная очистка – в целом, технология коррелирует с адсорбционным захватом, но в мембранной очистке используется последовательный каскад молекулярных сит, каждое из которых улавливает определенный поллютант. При хорошем КПД очистки это, тем не менее, значительно сокращает общий межобслуживающий период системы и увеличивает количество регенерационных циклов;
• Аминоочистка – использование аминов широко практикуется на крупных газоперерабатывающих заводах, но в биогазовом приложении такие системы могут оправдать себя лишь при высоких объемах газоочистки и строгом экономическом расчете;
• Бактериальный захват сероводорода и аммиака – экзотические методики, находящиеся в зародышевом состоянии. Принцип задержания H₂S и NH₃ основывается на использовании в качестве фильтра колоний глубоководных океанских сульфатредуцирующих и / или анаммокс-бактерий, способных на «природную» утилизацию токсичных газов.

^{Сульфатредуцирующая бактерия Desulfovibrio vulgaris, "питающаяся" сероводородом}

Расчет, проектирование, доставка и монтаж установок в России и Евразии

По любым вопросам, касающимся индивидуального проектирования, изготовления и покупки современных, безотказных и эффективных установок для очистки биогаза от сероводорода, влаги, углекислоты и других примесей, пожалуйста, обращайтесь к нам через Контакты нашего сайта или заполняйте Опросник Заказчика на Биогаз.

Помимо прочего, как производитель полного цикла, мы предлагаем к приобретению компактные и высокопроизводительные станции нейтрализации щелочных стоков, образующихся при процедурах агрессивной газоочистки.

Быстро произведем, оперативно доставим и – если требуется – введем биогазоочистные аппараты в эксплуатацию на Вашем объекте. Обучим персонал. Полный перечень вспомогательного оборудования, документация. Гарантия.

ООО «ПЗГО» – дышите легко!