Получение биогаза с закрытых полигонов

Для получения биогаза на закрытом полигоне бурят скважины минимальным диаметром 150 мм на всю глубину слоя складированных отходов. Обсадные трубы скважины могут быть асбестоцементными, полиэтиленовыми или полихлорвиниловыми диаметром 100 мм с перфорационными отверстиями или пропилами, сделанными по аналогии с перфорированными трубами, применяемыми для действующих полигонов. Пространство между скважиной и обсадной трубой засыпают крупнозернистым щебнем и заливают бетоном на глубину 0,5 м (рис. 4). Площадь вокруг скважины на расстоянии 1,5 - 2 м изолируют слоем глины или цементного раствора толщиной 30 - 40 см. Это обеспечивает надежное крепление скважины и сбор биогаза, предохраняет от проникновения внутрь скважины поверхностных вод. Газовая скважина является основным элементом системы сбора биогаза и поэтому ее обустройство необходимо выполнять особенно тщательно.

Рис. 4. Конструкция газовой скважины (для закрытых полигонов):

1 - оголовок скважины; 2 - колодец: 3 - бетон; 4 - изоляционный слой; 5 - обсадная труба без перфорации; 6 - перфорировавшая обсадная труба; 7 - щебень крупных фракций

Устья газовых скважин оборудуют идентично устьям газовых скважин на эксплуатируемых полигонах. В плане скважины располагают в виде квадратной сетки с минимальным расстоянием друг от друга 30 - 40 м и соединяют между собой в прямолинейные батареи промежуточными газопроводами, подключаемыми к магистральному.

Количество скважин принимают в зависимости от площади и вместимости полигона, а также мощности потребителя. Для предварительных расчетов дебит скважины на полигоне ТБО, расположенном в средней полосе европейской части СССР, может быть принят равным 6 - 8 м³/ч.

Интенсивность выделения биогаза зависит в первую очередь от влажности уложенных на полигоне ТБО. При влажности ТБО 30 - 35 % интенсивность выделения биогаза незначительна, и в этих случаях проектом необходимо предусмотреть искусственнее дождевание. Окончательный вывод о применении искусственного дождевания делают после составления уравнения водного баланса полигона и анализа гидрогеологических условий залегания основания полигона.

Надежный сбор биогаза и подачу его на очистку, осушку и далее в энергетическую установку обеспечивают вентиляторной группой, создающей в каждой скважине разрежение величиной 100 - 150 мм вод. ст.

ТРАССИРОВКА ГАЗОПРОВОДОВ

При трассировке газопровода необходимо учитывать геометрические отметки местности.

Биогаз легче воздуха (γ_б = 1,05 - 1,2 кг/м³), поэтому стремится вверх, создавая дополнительное гидравлическое давление, определяемое по формуле

где Н_г - изменение давления газа при изменении высоты положения газопровода, Па; l - разность геометрических отметок, м; γ_в, γ_б - плотность воздуха и плотность биогаза, кгс/м³.

Знак «плюс» относится к более высоким отметкам, знак «минус» - к более низким по отношению к исходной плоскости. Для биогаза плотностью 1,15 кгс/м³ при разности отметок 20 м величина гидростатического давления составит:

Н_г = 20 (1,293 - 1,15) = 2,86 кгс/м² = 28,6 Па.

При движении биогаза вверх гидростатическое давление уменьшает потери на трение, при движении вниз - увеличивает их.

Нормальная работа газоиспользующего оборудования может быть обеспечена при условии стабильного давления газа перед ним, что достигается правильной подготовкой исходных данных для гидравлического расчета сети и выбором способа регулирования начального давления. Характерной особенностью разветвленной газовой сети (получение биогаза производят только по этой схеме) является подача биогаза из разных точек и направлений к одному потребителю. Поэтому расходы газа могут быть определены по расположению точек питания сети и точки газоразбора. Каждый участок сети будет пропускать расход, равный сумме расходов всех скважин, лежащих выше данного участка по направлению движения биогаза.

ОЧИСТКА И ОСУШКА БИОГАЗА

Магистральный газопровод заканчивается установкой по очистке и осушке биогаза. Показатели влагосодержания и состав биогаза свидетельствуют о необходимости его осушки и очистки от вредных примесей, наиболее активным из которых является сероводород.

Процессы улавливания сероводорода по различным признакам разделяют на несколько групп. По назначению эти группы можно разделить на две: с поглощением серы и без. В зависимости от агрегатного состояния сорбента процессы поглощения сероводорода делят на твердофазные и жидкофазные.

На полигонах ТБО для очистки получаемого биогаза рекомендуют использовать твердофазный процесс, т.е. сухую очистку без утилизации серы. В качестве сорбента может быть использован оксид железа.

В этом случае процесс сорбции протекает следующим образом:

2 Fe₂O₃ + 6 Н₂S = 2 Fe₂S₃ +6 H₂O;

2 FeS₃ + 3 O₂ = 2 Fe₂O₃ +6 S;

6 H₂S + 3 O₂ = 6 H₂O +6 S.

По мере накопления серы в сорбенте его активность снижается. Поэтому после достижения концентрации серы в массе сорбента 30 - 40 % его заменяют новой порцией.

Очистку биогаза производят до содержания сероводорода в очищенном газе не более 0,002 г/м³. Вследствие малой скорости реакции время контакта оксида железа с биогазом необходимо поддержать до 5 мин, а скорость биогаза при движении через очистную массу - равной 5 - 7 мм/с.

Процесс улавливания сероводорода с помощью оксида железа экзотермический. Выделяемой теплоты при названных выше времени контакта и скорости достаточно для осушки биогаза. Конструкция аппарата по очистке и осушке биогаза башенного типа приведена на рис. 3. Данный агрегат высотой 3 м, диаметром 1,2 м, имеющий пять корзин для сорбента, укладываемого высотой 10 - 12 см, обеспечивает производительность по очистке и осушке 250 - 500 м³/ч биогаза.

Заполненные в два слоя сорбентом контейнеры 5 собираются на ствол 4 и устанавливаются в корпус 2. Между верхним внутренним фланцем корпуса 2 и фланцем верхнего контейнера 5 установлен трубопровод 6. Корпус 2 закрыт крышкой 3 и загерметизирован. Запорные вентили на баке 8 с аммиачной водой устанавливают в положение «Закрыто». Задвижки 10, 11 и 7 на входе в корпус 2 и выходе из него находятся в положении «Закрыто». Открыв чугунную задвижку 11, газ направляют в ствол 4. Газ из центрального ствола через пазы в нем поступает в контейнеры 5 в пространство между двумя слоями сорбента. Пройдя слой очистной массы, газ выходит в кольцевое пространство между контейнерами 5 и корпусом аппарата и направляется далее к выходному патрубку. Периодически сорбент орошается аммиачной водой, для чего открываются запорные вентили на баке 8. Для равномерного поглощения сероводорода сорбентом в конструкции предусмотрено переключение работы контейнеров 5 с направления движения газа снизу-вверх на движение сверху-вниз. Это достигается переключением задвижек 10 и 11 в соответствующие положения: «Открыто» или «Закрыто».

В качестве сорбента может быть использован активный уголь марок АГ-3, АГ-5, СКД.