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).
