Спосіб і система очищення біогазу для вилучення метану

Реферат: Винахід належить до способу очищення отримання для вилучення метану, у якому компоненти, що містяться в біогазі, такі як діоксид вуглецю, сполуки сірки й аміаку, відокремлюються в ході декількох етапів процесу, і до відповідного системі для здійснення способу. Ціль забезпечення способу очищення біогазу для вилучення метану, що характеризується низьким споживанням енергії і дозволяє збільшити зміст метану щонайменше на 10 %, досягається в такий спосіб: на першому етапі очищення діоксид вуглецю, сірководень, аміак і інші водорозчинні органічні речовини, що присутні у сирому газі, віддаляються в промивній колоні К1 при стандартному тиску чи при надлишковому тиску до 6 бар за допомогою прісної води, при цьому метановий газ, що має вміст метану щонайменше 65 %, приділяється з голови промивної колони К1. Розчинені в промивній воді метан і діоксид вуглецю послідовно виділяються з забрудненої промивної води, що випускається з промивного ступеня К1, у першій випарній колоні К2, а потім у другій випарній колоні К3, за допомогою додавання аеруючого повітря під стандартним тиском. Кисневмісний аераційний газ, що має якість паливного газу, одержують у першому випарному ступені К2. Очищена промивна вода, що накопичується в другому випарному ступені, повертається в промивний ступінь К1. UA 100161 C2 (12) UA 100161 C2 UA 100161 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід відноситься до способу очищення біогазу для вилучення метану, при цьому компоненти, що містяться в біогазі, такі як діоксид вуглецю, сполуки сірки й аміаку відокремлюють у результаті ряду різних етапів процесу, і до відповідної системи для здійснення способу. Біогаз утворюється за допомогою анаеробного (безкисневого) розщеплення органічного матеріалу і використовується як поновлюване джерело енергії. Гази, що виробляються, поділяються на газ стічних вод, газ вторинної переробки, газ з органічних відходів і біогаз, у залежності від відповідних сировинних матеріалів, що використовують, таких як шлам стічних вод. мул, гній, відходи рослинного або тваринного походження і біологічна сировина. Усі вищезгадані види газів далі будуть називатися біогазом. Основними компонентами біогазів є метан і діоксид вуглецю, разом з неосновними компонентами, що включають азот, сполуки сірки, кисень, водень і аміак. Для того щоб використовувати метан, що міститься в біогазі. необхідно піддати переробці біогаз у багатостадійному процесі для того, щоб видалити небажані сполуки. Звичайні етапи процесу, що, як правило, здійснюються роздільно, включають роззволоження (видалення води), десульфурацію і видалення діоксиду вуглецю й аміаку. Відомі способи біолоіічіюї адсорбції (з використанням мікроорганізмів), також як і способи хімічної адсорбції десульфураціі, за якими сірководень різними способами перетворується в елементарну сірку. Діоксид вуглецю, так само як і невеликі кількості сірководню, видаляється фізичними або хімічними засобами, наприклад, очищенням напором води, мембранними процесами, процесом Selexol (під високим тиском), адсорбцією з коливаннями тиску або аміновим очищенням. Деякі з цих способів також видаляють воду або аміак. Більшість з вищезгаданих способів є енергоємними і призводять до втрат метану. Відносно високі втрати метану виникають при способах очищення напором води й адсорбції з коливаннями тиску, складаючи, приблизно. 2-5 % метану, що міститься в біогазі. Крім того, цей метан, що міститься в діоксиді вуглецю, що був вилучений, може використовуватися в якості палива тільки за допомогою допоміжної запальної системи, оскільки він присутній у таких малих концентраціях. До того ж. через спосіб дії системи адсорбції з коливаннями тиску, відбуваються різкі коливання виділень метану, що вимагають згладжування. Більш того, сирий газ повинен містити тільки дуже маленьку концентрацію H2S, що викликає необхідність тривалого і дорогого видалення використаного активованого вугілля. Очищення за допомогою очисного розчину, таке як амінове очищення, економічно виправдане, тільки якщо забруднений очисний розчин може бути регенерований. З DE 10 200 051 952 ВЗ відомий процес виробництва метану і рідкого діоксиду вуглецю з нафтового газу і/чи біогазу. Сирий газ очищається на попередньому етапі (видалення домішок, таких як NH3, H2SO4, H2S. SO2 і COS) і потім подається в поглинальну колону, у якій діоксид вуглецю, що міститься в сирому газі, зв'язується в очисному розчині при тиску, переважно 5-30 бар. з використанням аміновмісного очисного розчину. Очищений газ, що накопичується, містить приблизно 98 % метану за об'ємом і може безпосередньо використовуватися для інших цілей. Забруднений очисний розчин проходить регенеративну обробку у випарній колоні під іиском і при підвищених температурах (180-230 °C). Спосіб, що використовує тиск, вимагає високого рівня витрат на устаткування. Спосіб видалення метану і диоксиду вуглецю з біогазу відомий з WO 2008/034473 А1, що дозволяє проводити видалення діоксиду вуглецю без використання тиску, при цьому накопичується метановий газ з чистотою більш 99,5 %. Як при будь-якому аміновому очищенні для регенерації очисного розчину споживається 3 відносно велика кількість енергії, що складає 0,5-0,8 квтч/м біогазу за нормальних умов. Метою винаходу с розробка способу очищення біогазу для вилучення метану. що характеризується низьким споживанням енергії і дозволяє збільшити вміст метану, щонайменше, на 10 % при низьких втратах метану. Крім того, повинна бути розроблена відповідна система для здійснення способу. Вищевказана мета досягається відповідно до винаходу за допомогою ознак, зазначених у п. 1 формули винаходу. Переважні варіанти здійснення способу є об'єктами пунктів 2-11 формули винаходу. Ознаки системи для здійснення способу вказані в п. 12. Переважні розробки цієї системи є об'єктами пунктів 12-18 формули винаходу. Процес очищення відбувається, відповідно до запропонованого способу. щонайменше, у три очисні етапи, що відбуваються відразу ж один за іншим, з використанням прісної води, що не містить домішок, що пропускається по контуру. У якості прісної води може використовуватися вода, що відбирається з міської мережі водопостачання, або вода зі свердловини або 1 UA 100161 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підготовлена дощова вода. Вода, що використовується, не містить домішок. Три очисних етапи, які дуже важливо здійснити, наступні: Біогаз, що очищається (сирий газ), що відводиться від біогазової установки або іншої установки, наприклад, установки для виробництва газу вторинної переробки, газу зі стічних вод або газу з органічних відходів, протікає через очисну колону з фільтруючим шаром під стандартним тиском, або при підвищеному до 6 бар тиску, у протитечію прісній воді, що подається. У цьому процесі діоксид вуглецю, сірководень, аміак і інші органічні водорозчинні речовини, що містяться в сирому газі, зв'язуються в чистій воді. Метановий газ зі вмістом метану, щонайменше, 65 % відбирається біля голови очисної колони. Це очищення газу здійснюється, як правило, під стандартним тиском. У виняткових випадках, однак, система також може працювати з підвищеним, аж до 3-4 бар, тиском, піддаючись максимальному тиску 6 бар. При більш високому тиску, більша кількість діоксиду вуглецю, що може бути в три рази більше при З барах, розчиняється в очисному розчині. Кількість необхідного очисного розчину, отже, менше в три рази, а очисна колона може бути менших розмірів через менший обсяг газу. Усі традиційні способи очищення стиснутим газом вимагають тиск більший 6 бар. для того, щоб економічно виробляти концентрації метану більші 96 % за об'ємом. Однак більш високий тиск веде до значно більш високого споживання енергії, оскільки система потім повинна бути надалі знову декомпрессирована. Більш того, втрати метану більш високі. Два викладених нижче очисних етапи, що здійснюються з використанням випарних колон, важливі для забезпечення успішного здійснення способу. Забруднений очисний розчин, випущений з очисного етапу, очищається в першій випарній колоні, що мас фільтруючий шар, або набивання фільтра, за допомогою додавання 0,1-10 % аеруючого повітря або аеруючого повітря і кисню, виходячи з кількості біогазу (сирою газу), що подаються під стандартним тиском, за принципом протитечії, при температурах до 60 °C, при цьому метан майже цілком видаляється (щонайменше, 90 %) з очисного розчину, у якому він був розчинений. У цьому процесі у вигляді відпрацьованого газу утворюється кисневмісний аераційний газ, що має якість паливного газу, що може бути або повернутий у біореактор біогазової установки, або поданий у потік метанового газ>, що видаляється з очисного ступеню, для підвищення вмісіу метану, або використовуватися у якості паливного газу. Перша випарна колона, переважно, може також бути сконструйована у вигляді двоступінчатої колони, при цьому кисень подається в перший ступінь, а аеруюче повітря подається в другий ступінь, або vice versa. Це дас можливість одержувати два різних паливних гази, що мають різний вміст кисню. Паливний газ з високим вмістом кисню, наприклад, може використовуватися як джерело кисню для біологічної десульфурації біогазу усередині біореактору або зовні. Забруднений очисний розчин, що випускається з першої випарної колони, очищається під стандартним тиском, за принципом протитечії, у другій випарній колоні, що мас фільтруючий шар або набивання фільтра, за допомогою додавання, щонайменше, 25 % аеруючого повітря, виходячи з кількості біоіазу, що подається (сирого газу), при цьому розчинений в очисному розчині діоксид вуглецю видаляється до залишкового вмісту, щонайменше, менш 200 мг/л. Очищений очисний розчин повертається на очисний ступінь газоочисника, а відпрацьований газ випускається в навколишнє середовище або використовується для інших цілей. Запропонований спосіб приводить до порівняно невеликих втрат метану до 0,05 %. Коли система працює при стандартному тиску, споживання енергії для цих трьох етапів очищення складає менш чим 0,03 квт.ч/м за нормальних умов біогазу, що дає системі можливість працювати вкрай економічно. До того ж, відпрацьований газ, що накопичується в першому випарному ступеню і мас якість паливного газу, може використовуватися для виробництва енергії. Це особливо важливо, якщо біогаз планується використовувати для подачі в газорозподільну мережу природного газу або для виробництва палива. У таких випадках відсутнє надлишкове тепло від генерації електроенергії. Надлишкового тепла від стиску біометану недостатньо для нагрівання біореактора. У цьому випадку, необхідно забезпечити додаткове органічне паливо. Паливний газ. що виробляється як побічний продукт, може знайти гарне застосування для нагрівання біореактора. Альтернативно, очищений біогаз, що відбирається з очисної колони, для збільшення концентрації метану і місткості біогазу в оболонці біореактора. може направлятися безпосередньо в біореактор біогазової установки. Таким чином, з'єднуючи спосіб відповідно до винаходу з біогазовою установкою можна виробляти біогаз зі значно більш високим вмістом метану в біореакторі, і місткість біогазу може бути значно збільшена. Годі біогаз, що відбирається з біореактора, зі збільшеною 2 UA 100161 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 концентрацією метану стає доступним для безпосереднього комерційного використання без подальшої переробки. Очищений біогаз (метановий газ), що відбирається з очисної стадії, уже досить чистий для безпосереднього подальшого застосування, наприклад, для подачі в газорозподільні мережі природного газу або для роботи теплоелектростанцій. Якщо потрібний природний газ більшої чистоти, цей метановий газ може бути доведений до необхідного рівня чистоти подальшою переробкою або очищенням аміновим очищенням. Метановий газ може подаватися або сам по собі, або разом з аераційним газом (паливний газ), що випускається з першої випарної колони, на подальший етап переробки для збільшення вмісту метану. Наступне амінове очищення, як і регенерація очисного розчину, може виконуватися зі значно меншою витратою енергії і значно меншими втратами метану, оскільки основна частина домішок уже була вилучена з біогазу. Потім до першого очисного етапу, очисної колони, подасться прісна вода при температурі до 65 °C, перевалено, до 20 °C. У якості прісної води може бути використана ґрунтова вода при 1015 °C. Чим менше температура очисного розчину, тим вище видільна здатність діоксиду вуглецю. При високих температурах навколишнього середовища очисний розчин, отже, повинен охолоджуватися до його спрямування в газоочисник. Видільна здатність діоксиду вуглецю, розчиненого в очисному розчині, може задаватися за допомогою таких параметрів, як кількість очисної о розчину/год. і температура очисного розчину в очисній колоні. Більша кількість очисного розчину і менша температура очисного розчину приводять до більш високої видільної здатності. Варто помітити, що в тому, що стосується кількості аеруючого повітря, яке подається до двох випарних колон, що тільки невелика кількість аеруючого повітря подається в першу випарну колону для відділення метану від очисного розчину, при цьому значно більша кількість подається до другої випарної колони для видалення СО 2. Співвідношення залежать від розмірів випарних колон і вмісту метану в біогазі (сирому газі). Відношення кількості аеруючого повітря до кількості біогазу (сирого газу) на першому випарному етапі повинне, таким чином, складати 1:50-1:1000, переважно, 1:100. Більш висока концентрація метану в аераційному газі (відпрацьованому газі) досягається при малому співвідношенні 1:50, ніж при великих співвідношеннях. У той же час, варто мати на увазі, що може виникнути емульсія метану. Співвідношення кількості аераційного повітря до кількості біогазу (сирого газу) на другому випарному етапі повинне складати 1:0,3-1:10, переважно 1:2. Чим вище співвідношення, тим більший залишковий вміст розчиненого СО 2 в очищеному очисному розчині. Співвідношення кількостей аеруючого повітря "на першому очисному етапі: на другому очисному етапі" повинне складати 1:200-1:3000. В якості аераційного повітря переважно варто використовувати звичайне повітря, хоча підходять як кисень, так і азот, або роздільно, або у вигляді суміші. Вміст сірки в біогазі, що подасться, повинен бути доведений до