Очистка биогаза от углекислого газа как один из этапов подготовки биометана к промышленному использованию

Каждому аграрию или фермеру, решившему установить на своем сельскохозяйственном объекте биометановую установку, приходится – в той или иной степени – сталкиваться с необходимостью удаления из биогазовой смеси сопутствующих примесей. И если сероводород, в силу высочайшей коррозийной активности, требует обязательной сепарации, то обезвоживание и очистка биогаза от углекислого газа проводится куда более редко.

Прежде всего, это связано с тем, что биогазовая смесь, очищенная от H₂S, в большинстве случаев сразу пригодна для множества бытовых нужд: отопление, когенераторы, кухня, факельное освещение.

Связывание или удаление углекислоты – по мнениям экспертов биоэнергетической отрасли – оправданно лишь в том случае, если метан планируется использовать в качестве чистого автомобильного / моторного топлива и при объемах добычи газа, превышающих 250 м³ / час.

Впрочем, некоторые методы обогащения биогаза, рассмотренные ниже, позволяют проводить одновременную, комплексную фильтрацию биогазосмеси от ключевых загрязнителей.

Задайте вопрос или запросите расчет стоимости оборудования

Особенности улавливания углекислоты в рамках газоочистных процедур

Начать стоит с того, что эффективное бактериальное сбраживание биомассы – психофильное (20-25 °C), мезофильное (25-45 °C) или термофильное ( > 40 °C) – возможно лишь при достаточном количестве углерода и азота, а также их точном соотношении, в отсутствие соблюдения которого в метантенке могут образовываться соединения, токсичные для метанообразующих бактерий, (например, аммиак).

^{Биогазовое освещение теплицы. Что интересно, наличие двуокиси углерода, не сгорающего в фонарях, положительно влияет на тепличные растения, создавая мини-парниковый эффект и способствуя лучшему фотосинтезу и хорошему развитию растений}

Количество углекислоты в биогазе, таким образом, может достигать 40 и более процентов, что не позволяет утилизировать «грязный» биометан в тонкопромышленных нуждах.

Щелочная хемосорбция диоксида углерода и сероводорода

Газоосушение в данной статье мы рассматривать не будем, поскольку уже детально разобрали способы дегидрации на этой странице. Для простоты будем считать, что в абсорбционном и других методах, описанных ниже, реализуется предварительное обезвоживание смеси в кожухотрубном теплообменнике.

Будучи достаточно инертным, диоксид углерода CO₂, тем не менее, активно реагирует с щелочами, которые также демонстрируют высокий коэффициент хемосорбционного захвата сероводорода.

Скруббинг / барботаж метана щелочным раствором является наиболее привлекательным подходом к комплексному очищению биогаза.

^{Компактная, экономичная и эффективная установка для комплексной чистки биологического газа – сделано в "ПЗГО"}

Наглядно реакции, на примере водного раствора NaOH, можно отобразить как:

• NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ (хорошо растворимый в воде карбонат натрия) + H₂O;
• NaOH + H₂S → NaHS (сульфид / гидросульфид натрия).

Очищенный метан, при этом, не задерживаясь и не взаимодействуя с щелочью, покидает абсорбционную установку.

Многолетние исследования ООО «ПЗГО» в области увеличения эффективности газоочистных систем абсорбционного типа позволяют изготавливать установки, обладающие следующими преимуществами:

• Одновременный захват углекислоты, сероводорода и микродисперсной «механики», отходящей от биогазовых реакторов;
• Полная комплектация систем – емкости, абсорберы, электрокоммутация, щит управления;
• Низкое электропотребление, (что особенно важно учитывать в разрезе добычи небольших объемов газа, часть энергии которого может быть пущена на поддержание работы хемосорбционной системы);
• Простота, безопасность и доступность жидких сорбентов;
• Полная автоматизация системы по показателю pH;
• Для крупных комплексов и предприятий – возможно использование скрубберных стоков в качестве прекурсоров для сельхозудобрений / иных агентов;
• Опционально – докомплектация установок системами нейтрализации отходящих стоков;
• Высокая экономическая доступность даже для небольших ферм и хозяйств, исключительная компактность, надежность и долговечность всех агрегатов «ПЗГО».

Короткоцикловая безнагревная адсорбция под давлением

Метод КБА (англ. Pressure Swing Adsorption) заключается в пропускании газовой смеси через каскад адсорбентов под давлением до 10 атмосфер.

На каждом этапе каскада используется определенный адсорбент, задерживающий один из поллютантов; процесс включает несколько циклов сорбции и десорбции (как под давлением, так и при рязряжении).

^{Многоадсорберная PSA-установка}

Помимо этого, установка включает в себя минимум 4-6 адсорберов, что снижает компактность, значительно увеличивает количество регенерационных циклов и объемы используемых субстратов, сильно увеличивая общую стоимость очистных процедур.

Впрочем, высокий выход метана (≈ 95%) позволяет – в редких случаях – использовать КБА как рациональный подход к очистке биологического газа.

Криогенное вымораживание

Криогенное вымораживание биогаза для удаления двуокиси углерода показывает абсолютную эффективность, но является самым энергозатратным методом, который, будучи имплементированным в БГУ, отбирает не менее 30% всей генерируемой энергии.

^{Углекислотная установка}

Действенность технологии обеспечивается охлаждением метановой смеси до минус 80 °C – весь CO₂ при этом затвердевает, превращаясь в сухой лед, который механически удаляется из рабочего компартмента углекислотной установки. Метан же, чья температура замерзания равняется -182 °C, не подвергается какому бы то ни было воздействию и отводится из установки (на дальнейшее обогащение или компрессорное сжатие).

На крупных предприятиях по газопереработке используют еще более продвинутые методы криогенной сепарации, когда на каждом последующем этапе от потока «отсекается» определенная фракция, но к биогазовой отрасли такие технологии, как правило, отношения не имеют.

Промывка водой под давлением

Другим способом удаления двуокиси углерода, (равно как и других газообразных включений), является промывка водой под давлением. Эта методика основывается на увеличении растворимости газов в жидкостях при повышении давления.

^{Форсуночная промывка газа технической водой на примере насадочного абсорбера, изготовленного в ООО "ПЗГО"}

Вода хорошо растворяет в себе многие газообразные вещества, а при давлении в 10 атмосфер и выше она начинает проявлять исключительные сорбционные свойства, активно впитывая как углекислоту, так и сероводород.

После отвода сольвента в зону пониженного давления / повышенной температуры происходит обратное высвобождение захваченных газов.

Комбинированные адсорбционно-абсорбционные методы

Обезуглероживание биогаза в редких случаях может проводиться и через комбинированный подход, сочетающий в себе мембранный метод фильтрации через молекулярные сита и процедуры водной и / или каталитической сорбции.

Газопоток, (иногда – под давлением), пропускается через адсорбент(ы), где происходит сухая сепарация определенных фракций, после чего оставшиеся поллютанты задерживаются в насадочном или пенном абсорбере мокрого типа.

^{Молекулярное сито под сканирующим микроскопом}

Проектирование, изготовление, доставка и монтаж оборудования

По всем вопросам в отношении индивидуальной разработки, изготовления и приобретения систем комплексной биогазоочистки, пожалуйста, обращайтесь в ООО «ПЗГО» через контакты или Опросник Заказчика.

Мы тщательно анализируем все особенности участка Заказчика и, основываясь на точном расчете, выбираем наиболее результативный метод и оборудование, в рамках работы которого он может быть реализован с максимальной отдачей.

Оперативно изготовим, быстро доставим и – по требованию – профессионально внедрим газоочистные установки на вашем объекте. Обучим персонал. Полная комплектация, техническая и бухгалтерская документация. Гарантия производителя.

ООО «ПЗГО» – дышите легко!