Очистка биогаза от сероводорода, аммиака, фенола, толуола и оксида азота, принципы, технологии и оборудование для обессеривания и удаления нежелательных примесей из биометана

biogas-desulfurization

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.

Завод газоочистного оборудования «ПЗГО» более трех десятков лет развивает запатентованные технологии и совершенствует конструкции абсорбционных и адсорбционных аппаратов, которые сегодня показывают средний КПД 96-100% в отношении широчайшего спектра механических и химических (токсических и высокоактивных) загрязнителей.

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.

система обогащения биогаза

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.

схема абсорбера

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
Абсорбционный подход имеет еще одно преимущество, хорошо раскрывающееся на крупных фермерских хозяйствах: в зависимости от используемой щелочи можно в качестве побочного продукта газоочистки получать вещества, способные, после некоторой подготовки, выступить в роли сельхозудобрений / пестицидов / инсектицидов (или их прекурсоров).

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 + H2ONHH2O

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
Впрочем, если в биометане присутствуют ощутимые количества фенола и / или толуола – лучше использовать метод сухого каталитического захвата в адсорбере. Эта рекомендация дается нами в силу того, что при щелочной хемосорбции толуола и / или фенола образуются вещества, требующие особого подхода к утилизации.

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 адсорберной системы

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.

Способность микропористых фильтров удерживать серу доходит – в массовой доле – до 25%, поэтому при средних и малых объемах газоочистки, адсорбент может эффективно работать без перезагрузки до нескольких месяцев.

компьютерная модель адсорбера

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.

Desulfovibrio vulgaris

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.

оборудование для фильтрации биогаза

ООО «ПЗГО» – дышите легко!

Поделиться:

Оставьте заявку на подбор оборудования и расчет стоимости
Мы перезвоним вам в течение одного рабочего часа и проконсультируем
Узнать цену
Получить прайс лист