Технологии

Способы обогащения биогаза путем удаления двуокиси углерода и прочих примесей

2 февраля 2015

Автор статьи: Игорь Ливен

Статьи по теме:

Для повышения качества биогаза применяется сепарирование углекислого газа, фактически представляющее процесс его обогащения. Это позволит увеличить долю метана в биогазе, чтобы он мог соответствовать требованиям качества для природного газа его подачи в сеть. Основными его способами являются промывка водой под давлением, или использование установки короткоцикловой безнагревной адсорбции со следующей за этим химической промывкой.

Метод коротцикловой безнагревной адсорбции заключается в физическом разделении биогаза с использованием активных углей, цеолитов, являющихся молекулярными ситами, углеродных молекулярных сит. Он еще именуется КБА/PSA (Короткоцикловая Безнагревная Адсорбция - Pressure Swing Adsorbtion). Она включает в себя четыре стадии:

Первая из них- это поглощение паров воды и диоксида углерода при давлении, составляющем примерно от шести до десяти атмосфер.
Вторая заключается в десорбции примесей при понижении давления.
Третья проходит при разряжении и дополнительного очищения сорбента от примесей путем промывания газом.
Четвертая состоит в увеличении давления.

Поэтому в рабочих установках имеется обычно от четырех до шести таких адсорберов, работающих параллельно. При таком способе доля метана в обогащенном биогазе может доходить до 97%. Использование дополнительных циклов промывки газа, а так же повторное прохождении биогаза через установку КБА/PSA, позволяет увеличивать выход метана, без привлечения дополнительных затрат. Для как можно более долгого использования сорбирующей загрузки в цикле промывки следует использовать не содержащий серу и просушенный сырой, или товарный биогаз. Иначе вода и сероводород, а также и другие примеси могут существенно снизить качество процесса адсорбции вплоть до его полной остановки. Однако, при таком способе углеродной сепарации возможны потери метана порядка от одного до пяти процентов, уносимого с потоком отводимого воздуха.

Сущность метода промывки водой под давлением состоит в различном уровне растворимости углекислого газа и метана в воде. Биогаз, выходящий из реактора, в этом случае подвергается предварительной очистке от возможно вынесенных капель воды и взвешенных веществ, а затем последовательно сжимается. На первой ступени компрессорной установки его давление должно составлять около трех атмосфера, а на второй – уже девять, после чего он направляется в абсорбционную колонну, представляющую собой реактор с орошаемым слоем катализатора. В заполняющей это адсорбционную колонну воде идет растворение

сероводорода,
углекислого газа,
аммиака,
а так же микроорганизмов и взвешенных веществ.

Они удаляются из системы при понижении давления воды. При таком способе обогащения биогаза отпадает необходимость в его предварительном просушивании и обессеривании, в отличие от процесса КБА/PSA . Давление и температура этого процесса регулируются в зависимости от концентрации диоксида углерода в исходном биогазе. Он легко поддается автоматизации и может быть непрерывным. Вместе с углекислым газом в воде, являющейся доступным и дешевым сорбентом, идет растворение сероводорода и аммиака. Это позволяет после последующего избавления от паров воды использовать биогаз для употребления в сетях природного газа, так как доля метана в нем после сепарации примесей может доходить до 98%. Однако, при такой технологии обогащения биогаза, наблюдается потери метана, составляющие около процента от общего количества.

Получить консультацию специалиста Консультация

Метод химической, или аминовой, промывки заключается в том, что диоксид углерода, содержащийся в биогазе, адсорбируется при контакте с промывочной жидкостью и переходит в нее.

Если этот процесс происходит при низком давлении и имеет своей целью извлечение только диоксида углерода, то в качестве промывочной жидкости используется моноэтаноламин.
При высоком давлении без регенерации в качестве промывочной жидкости применяется диэтаноламин.
Если же помимо отделения углекислоты должен удаляться и сероводород, то в этом случае применяются метилдиэтаноламин и триэтаноламин.

Регенерируется промывочная жидкость с помощью водяного пара, но так как она в основном является неполной, то для обеспечения работы установки требуются новые порции растворяющего реагента. Но, помимо высокой степени очистки, составляющей 99%, в технологии аминовой промывки наблюдаются минимальные потери метана, составляющие менее десятой доли процента. У этой технологии очистки имеются довольно большие перспективы, но так как она является энергозатратной, то она эффективна для обогащения небольших объемов биогаза или в местах, где имеются дешевые источники тепла. Но пока что она используется в основном в качестве ступени доочистки после адсорбции углекислого газа промыванием горячей водой. Эти три технологии обогащения являются на данный момент наиболее часто применяемыми, однако существуют еще несколько менее распространенных методов обогащения биогаза, имеющих свои особенности.

Прочие методы обогащения биогаза

К физическому методу промывки относится технология Selexol, которая напоминает промывку водой под давлением, только вместо нее используется специальный моющий раствор, Genosorb. Контакт с биогазом производится в этом случае при давлении порядка семи атмосфер, причем, вместе с углекислым газом и сероводородом из биогаза удаляется еще и вода. Однако, исходя из затрат, выгоднее очищать таким способом биогаз, подвергшийся осушению и удалению сероводорода. Регенерируется Genosorb поэтапным снижением давления и промывкой с атмосферным воздухом. Степень обогащения метана в этом случае доходит до 96%, а потери могут составлять до одного процента. К сравнительно новым разработкам в этом направлении относится и мембранная технология обогащения биогаза, находящаяся еще в стадии развития. Она основывается на разделении смеси газов, происходящей вследствие разной скорости диффузии их молекул, определяемой их размерами. Молекулы метана, имеющие более низкую молекулярную массу и размеры, чем молекулы диоксида углерода и более сложных углеводородов, диффундируют с большей скоростью. Поэтому этот процесс регулируется видами мембран и их поверхностей, а так же скоростью потока разделяемого биогаза и количеству проходимых им ступеней разделения. При этом он должен быть предварительно обессерен и высушен. Доля метана в обработанном биогазе при этой технологии на имеющихся установках достигает 96%. Мембранное разделение не требует использования химикатов, но для него необходимы большие затраты электроэнергии и потери метана достаточно велики. К еще одной из новых разработок относится криогенное разделение биогаза. Этот метод отделения диоксида углерода от метана заключается в сжижении газа до образования жидкой углекислоты, с последующим ее отделением при низких температурах путем вымораживания. Обрабатываемый по такой методике биогаз должен быть высушен и подвергнут обессериванию. Доля метана при этом методе составляет около 99%, а потери не более десятой доли процента, что говорит о перспективности развития этой технологии обогащения биогаза.

В стадию подготовки биогаза для подачи в сети природного газа входит очищение от кислорода, который может быть удален с помощью каталитических методов с использованием палладиево-платиновых катализаторов, или же химической сорбцией на медных контактах. В биогазе так же могут присутствовать следы остаточных газов, к которым относятся:

аммиак,
силоксаны,
бензол,
ксилол
и толуол.

Они, как правило удаляются на стадиях обессеривания, просушивания и обогащения биогаза.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.