Підготовка та використання біогазу
- в якості палива для отримання пара, гарячої води, гарячого повітря або топкових газів;
- для підживлення мереж природного газу;
- для отримання електроенергії;
- в якості палива для автомобільних двигунів і для побутових газових плит.
Крім того, розроблені технології отримання з біогазу кормового білка і товарної вуглекислоти. Залежно від способу використання біогазу ступінь його очищення від небажаних компонентів (зважені частинки, H2 S, CO2. H2 O) може бути різною (таблиця 3.2).
Спосіб використання біогазу
Необхідність видалення (+) компонентів
Вміщені в біогазі зважені частинки відкладаються в газопроводах і забивають арматуру. Їх відокремлюють в гравійних або тканинних (зі скловолокна) фільтрах. Біогаз на виході з метантенка має температуру 30-35 ° С (мезофільних режим) або 50-55 ° С (термофільний процес) і насичений вологою. В результаті охолодження біогазу при транспортуванні в газопроводах утворюється конденсат, який може замерзнути в холодну пору року. Для осушення біогазу встановлюють на Газозбірний пункті влагоотделитель, з якого конденсат відводиться в зливну ємність, а в нижніх точках газопроводу передбачаються конденсатосборние пристрою. Барботаж біогазу через шар охолодженої до 10 ° С води забезпечує відділення зважених часток і осушення охолодженням, достатню при використанні біогазу для отримання тепла. Застосування біогазу в якості моторного палива вимагає глибокого осушення від вологи силікагелем, хлоридом кальцію або етиленгліколь.
Найбільш шкідливим компонентом біогазу є сірководень. Він токсичний, має неприємний запах, в присутності вологи і особливо в комбінації з діоксидом вуглецю викликає корозію металевого обладнання, при згорянні утворює оксид і діоксид сірки, які, взаємодіючи з парами води, перетворюються в сірчисту і сірчану кислоти, які мають високу корозійну активність.
Очищення біогазу від сірководню здійснюють різними методами. У біогазових установках невеликої потужності (сотні м 3 / добу) застосовують адсорбційний ( «сухий») спосіб видалення H2 S за рахунок утворення сульфідів при взаємодії з оксидом заліза (ферроокісний фільтр):
Оптимальна вологість адсорбенту (5-20%) підтримується присутніми в біогазі парами води. 1 кг оксиду заліза сорбирует близько 250 г H2 S. Регенерацію адсорбенту виробляють продувкою повітрям. При цьому утворюється елементарна сірка, відкладається на поверхні оксиду заліза:
Після кожної регенерації сорбционная здатність оксиду заліза зменшується в середньому на 15%, що обумовлює необхідність регулярної заміни відпрацьованого сорбенту.
Для безперервної десульфірізаціі біогазу застосовують двоколонні установку зі змінним режимом роботи колон: в одній колоні протікає процес поглинання сірководню, а в іншій - регенерація сорбенту продувкою повітрям (рис. 3.8).
Як поглинач сірководню може бути використаний гідроксид заліза (Fe (OH) 3) у вигляді завантаження з розміром частинок 10-20 мм, розміщеної в колоні (діаметром 1,0-1,2 м, висотою 2-3 м) шарами з низьким гідравлічним опором. Для очищення 100 м 3 біогазу, що містить 0,35% H2 S, потрібно близько 2 кг Fe (OH) 3. Витрата Fe (OH) 3 по стехиометрическому співвідношенню становить 2,1 кг на 1 кг вилученого H2 S.
Основний недолік «сухого» способу десульфірізаціі біогазу - небезпека самозаймання матеріалу під час регенерації через значної кількості тепла, що виділяється.
Мал. 3.8. - розміщувати на двох установка для очищення біогазу від сірководню
H2 S + 2Fe +3 → S + 2Fe +2 + 2H +
Елементарна сірка відділяється від промивного розчину в відстійнику. Розчин регенерується в окислювальному колоні продувкою повітрям:
4Fe +2 + O2 + 2H2 O → 4Fe +3 + 4OH -
Використовуючи водні розчини певних хімічних сполук, можна забезпечити одночасну очищення біогазу від H2 S і CO2. Наприклад, моноетаноламін, будучи слабкою основою, оборотно взаємодіє з H2 S і CO2:
Рівновага оборотних реакцій легко зсувається зміною температури. Спосіб моноетаноламіновой очищення забезпечує повне видалення з біогазу CO2 і зниження концентрації H2 S до 0,001% об.
На великих біогазових установках (тисячі м 3 / ч) перспективно збагачення біогазу за рахунок видалення CO2 методами мембранного поділу і адсорбцією на молекулярних ситах. Мембранний метод заснований на різній проникності мембрани для компонентів біогазу. Цей спосіб широкого поширення не отримав. Найчастіше застосовується поділ метану і діоксиду вуглецю на молекулярних ситах (цеолітах). Їх микропористая структура забезпечує швидку адсорбцію діоксиду вуглецю, азоту і кисню. Метан адсорбується повільно, що і викликає поділ цих компонентів біогазу. Адсорбцію газів проводять при підвищеному тиску, а при зниженні тиску в апараті відбувається регенерація молекулярних сит. Адсорбція і регенерація протікають по черзі. Для реалізації цього методу необхідна попередня очистка біогазу від сірководню. У зарубіжній практиці при експлуатації біогазових установок часто застосовується комбінована (багатоступенева) очистка біогазу.
В якості автомобільного палива використовується очищений компримированні або скраплений біогаз. Стиснутий до тиску 20 МПа при температурі 0 ° С 1 м 3 біогазу займає обсяг 2,95 л. У балонах ємністю 50 л при таких умовах можна зберігати 17 м 3 біогазу.
Виробничий досвід свідчить про економічну доцільність застосування біогазу в газових двигунах з електрогенератором. В цьому випадку спалювання 1 м 3 біогазу дозволяє виробити 1,6-2,1 кВт # 8729; ч електроенергії. Великий досвід роботи з газовими двигунами накопичений в Німеччині, де експлуатується понад 250 теплоелектростанцій, що працюють на біогазі.