Подготовка биогаза к использованию

 

Основные требования к обработке биогаза

 

Условия получения биогазов и наличие в составе их вредных и балластных примесей делают необходимым предварительную обработки биогаза перед использованием в тепловых установках. Для обеспечения функциональной и эксплуатационной безопасности, а также безопасной работы персонала биогаз должен быть предварительно очищен от вредных примесей. Основные этапы при подготовке газа к использованию:

– отделение влаги и взвешенных частиц;

– удаление сероводорода;

– удаление галогенсодержащих соединений;

– удаление углекислого газа;

– сжатие или сжижение (при использовании в качестве моторного топлива).

Кроме метана, углекислого газа в биогазах различного происхождения присутствуют балластные и вредные примеси. К вредным примесям относятся водяной пар, сероводород, галогенсодержащие углеводороды. Осушку биогаза необходимо предусматривать при использовании всех видов биогазов во избежание коррозии. Сероводород встречается в основном в биогазах с сельскохозяйственных биогазовых установок и с полигонов ТБО. В биогазе последнего типа были идентифицированы более 200 компонентов.

При всех применяемых в настоящее время вариантах утилизации наиболее вредными являются галогенсодержащие углеводороды и сероводород. Хлор- и фторсодержащие углеводороды представляют опасность из-за появления диоксинов и фуранов при недостаточно высоких температурах горения и вместе с сероводородом приводят к коррозионной опасности вследствие образования соляной и плавиковой кислоты при конденсации продуктов сгорания в агрегате. Далее, хлор, фтор, сера, фосфор и свинец в выхлопных газах двигателя выводят из строя катализатора и препятствуют каталитическому снижению оксидов азота при использовании газа в качестве горючего для транспортных средств.

В зависимости от направления использования газа степень очистки может быть различной (табл. 5.1).

 

Таблица 5.1

Требования по очистке биогаза

Способ использования биогаза	Необходимость очистки от
	Н2S	CO2	H2O	Взвешенных частиц
Сжигание в бытовых газовых плитах	да	нет	нет	да
Сжигание в горелках инфракрасного излучения	да	нет	нет	да
Сжигание в отопительных котлах (подготовка горячей воды)	желательна	нет	нет	да
Использование в стационарных газовых двигателях	частично	нет	нет	да
Использование в качестве горючего для транспортных средств	да	да	да	да
Обработка до качества природного газа	да	да	да	да

 

Отделение взвешенных частиц необходимо во всех случаях с целью предотвращения засорения арматуры и газопроводов. Чаще всего достаточна грубая фильтрация в гравийном фильтре или в центробежном сепараторе. Иногда применяют тонкие фильтры из стекловолокна, но это связано с повышением затрат.

В табл. 5.2 приведен обзор способов обработки биогаза, которые целесообразно использовать при расходах газа 100-3000 м³/ч.

 

Таблица 5.2

Способы очистки газа

Удаляемые компоненты	Способ	Возможные конструкции
Механические примеси	Сепарация	Циклонный или тарельчатый сепаратор, вертикальная емкость
Водяной пар, конденсируемые и галогенсодержащие углеводороды	Охлаждение до +5 °С, сепарация	Холодильник, контур водяного охлаждения
	Сжатие/ охлаждение/ сепарация	Поршневой компрессор, винтовой компрессор
Сероводород	Активированный уголь	1-слойная конструкция, 2-слойная конструкция, 2-слойная конструкция с регенерацией
	Луговая железная руда	Хордовая (решетчатая) конструкция, башенная конструкция с одновременной или периодической регенерацией
Конденсируемые и галогенсодержащие углеводороды	Активированный уголь без регенерации	1-слойная конструкция, 2-слойная конструкция
Водяной пар, конденсируемые и галогенсодержащие углеводороды	Активированный уголь с регенерацией	Регенерация паром или горячим газом
	Адсорбция	Адсорбция с переменным давлением на углеродных или цеолитовых молекулярных ситах
Обогащение метаном (отделение углекислого газа)	Химическая промывка	Аминовые растворы
	Физическая промывка	Промывка под высоким давлением, селекзол-процесс, кризол-процесс
	Мембранный способ разделения	Сжатие на мембранном модуле

 

Осушка биогаза

 

Биогаз выходит из биореактора при температуре процесса брожения в водонасыщенном состоянии. До момента использования газ значительно охлаждается, из-за чего выпадает конденсат и возникает опасность замерзания в холодный период года. В связи с этим биогаз должен быть осушен. Обычно газ от биореакторов по газопроводу поступает в газосборный пункт, где устанавливается влагоотделитель, откуда конденсат отводится в сливной бак и по мере наполнения, откачивается наосами. При снижении температуры биогаза после газосборного пункта возможна конденсация паров, растворенных в биогазе. Для удаления конденсата по тракту предусматриваются сборники конденсата в нижних точках. Конденсатосборные устройства рассчитываются на максимально возможное количество жидкости. Устройства для отделения конденсата из биогаза с полигонов и свалок ТБО будут рассмотрены в п. 6.5.

Наиболее дешёвым способом осушки является метод охлаждения, когда газ пропускают через влагоотделитель, служащий одновременно для осушки и отделения взвешенных частиц. Осушка методом охлаждения примерно до 10 °С достаточна для распространенных способов использования газа, например, для получения тепла при сжигании и для выработки электроэнергии.

При необходимости более глубокой осушки (в случае использования биогаза как моторного топлива) применяют адсорбционную осушку (в качестве сорбентов применяют оксид алюминия Al₂O₃, хлорид кальция CaCl₂, силикагель) или осушку жидкими поглотителями влаги (этилен- и триэтиленгликоль).