4.2 Підготовка біогазу до використання

Для того, щоб підняти ефективність використання біогазу, його необхідно підготувати до використання.

При підготовці біогазу до використання обовязковими є наступні етапи:

• сушіння біогазу (видалення водяної пари);

• видалення H₂S ( видалення сірководню необхідне перш за все для запобігання корозії);

• видалення СО₂ ( збільшує теплоту згоряння газу );

• стиск і зрідження ( при використанні в якості палива для двигунів внутрішнього згоряння).

Затрати на підготовку біогазу залежать від його складу, вимог споживача до чистоти газу і від завантаження обладнання. З цією метою розроблений спеціальний комплекс для переробки біогазу. На рис. 4.1 показана його блок-схема . Комплекс включає в себе наступне обладнання: модуль підготовки біогазу; модуль очищення біогазу від домішок сірководню; модуль сушіння біогазу; модуль одержання твердого диоксиду вуглецю.

Модуль підготовки біогазу призначений для очищення біогазу від твердих мікрочастин (від них біогаз очищають, пропускаючи через водну завісу у так званих скруберах) і крапельної вологи; підтримки стабільного рівня тиску біогазу 0,12-0,18 МПа; контролю витрат, складу і тиску біогазу.

Принцип роботи модуля для сушіння біогазу заснований на селективнім поглинанні водяної пари спеціально підібраним цеолітом NaA при кімнатній температурі. Після насичення вологою цеоліт повинен проходити регенерацію, тому в складі модуля передбачено два паралельних і почергово працюючих цеолітових вологовловлювачів. Це забезпечує безперервність процесу сушіння біогазу. Головним вузлом цього модуля є циліндричний вологовловлювач. Зовні він закритий теплоізоляційним кожухом, заповненим мінеральною ватою. Всередині вологовловлювача розташований нагрівальний елемент, призначений для нагрівання цеоліту до 350⁰С (при його регенерації після насичення вологою). До складу модуля для сушіння також входять: запорна арматура; фільтри з пористого фторопласта на підвідних лініях (для запобігання попадання частин адсорбента в газові комунікації); елементи контролю температури і тиску газу; мембранний форвакуумний насос для відкачування водяної пари при регенерації вологовловлювача.

Модуль очищення біогазу призначений для видалення сірководню, який усувається гідрооксидом заліза Fe₂O ₃3H ₂O, що затримує сполуки сірки, які вступають в реакцію із залізом .

Сірководень-найбільш розповсюджена шкідлива домішка в біогазі. Кількість H₂S в газі може змінюватись від процентів до десятих долей процента в залежності від джерела біогазу: метантенк очисної установки каналізаційних стоків, біореактор для анаеробної переробки відходів тваринництва, звалища побутових відходів.

Майже всі методи видалення сірки, які застосовуються в хімічній промисловості, тісно повязані в одну систему і їх можна без змін перенести їх практику біогазових установок.

Зручним є каталітичний сухий метод з використанням в якості каталізатора Fe(OH)₃. Цей метод може бути описаний формулою:

2Fe(OH)₃ + 3H₂S =Fe₂S₃ + 6H₂O + 61.92Дж

Регенерація маси в присутності повітря описується залежністю:

Fe₂S₃ + 1.5O₂ + 3H₂O = 2Fe(OH)₃ + 3S + 60.28Дж

Каталізатор поступово збагачується сіркою (максимальна ступінь збагачення 25%), а при регенерації виділяється значна кількість тепла, що може стати причиною загоряння сильно збагаченої маси. Витрати каталізатора, при вмісті сірки 0.1…0.2 г в 1 м³ біогазу, складають 120…130 г на 100 м³ газопродукції.

Ефективність твердих хімічних поглиначів достатньо велика і забезпечує глибоку очистку газів. Недоліком такого методу є необхідність періодичної зупинки процесу для заміни адсорбенту. Для запобігання цьому монтують дві паралельні лінії очищення. В останні роки для видалення сірчаних з’єднань із газів застосовуються методи, що використовують рідинні поглиначі, які регенерують в неперервному режимі всередині установок ( наприклад , установка канадської фірми “Apollo”). Це значно спрощує експлуатацію установок, але потребує підбору відповідних рідинних поглинаючих середовищ і розробки доволі простої за конструкцією установки. В цих установках застосовуються різні поглиначі: водяний розчин, котрий містить в собі залізоамонний комплекс етилендіамінтетраоцтової кислоти і гідракарбонату натрію;

розчин хлористого N, N – етилен- саліцилиденіміната кобальта в диметилформаміді; диетаноламін чи діізопропаналамін; Стредфорд – розчин і більш кислі розчини хініту.

В якості альтернативного варіанту модуля по очистці біогазу від сірководню застосовується модуль скруберної конструкції з використанням хинонгідрохінонового водяного розчину. Коротко опишемо процеси, які проходять в модулі :

Поглинання сірководню супроводжується відновленням хінону в гідрохінон.

ХІНОН + 2е^- = ГІДРОХІНОН (1)