Спосіб очищення біогазу

Спосіб очищення біогазу, який включає обробку біогазу абсорбентом та подальшу регенерацію абсорбенту з наступним поверненням його в цикл, який відрізняється тим, що як абсорбент використовують хемосорбент - водний розчин метилдіетаноламіну, регенерацію якого здійснюють нагріванням його та відпарюванням поглинутих газів. (19) (21) u201000105 (22) 11.01.2010 (24) 10.06.2010 (46) 10.06.2010, Бюл.№ 11, 2010 р. (72) КОВАЛЬЧУК ВІКТОР ГРИГОРОВИЧ, П'ЯТНИЧКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) КОВАЛЬЧУК ВІКТОР ГРИГОРОВИЧ, П'ЯТНИЧКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ 3 цей спосіб не придатний для очищення біогазу. Відома також технологія очищення біогазу міських звалищ від діоксиду вуглецю (СО2), що базується на процесі фізичної абсорбції [Патент США 7 №6929680, М. кл. В01D53/14, 2005]. Згідно з цим способом біогаз сепарують з метою вилучення з нього крапельної вологи та твердих часток, стискують максимум до 10МПа і обробляють пропіленкарбонатом при температурі максимум +35°С, при цьому одержують очищений біогаз, що містить всього 3% об. СО2. Очищений біогаз направляють споживачеві. Після контакту пропіленкарбонату з біогазом його направляють на регенерацію, задля чого послідовно знижують тиск, дроселюють пропіленкарбонат, і тим самим видаляють з нього поглинутий СО2. Для більш глибокої регенерації пропіленкарбонату (видалення з нього поглинутого СО2) його вакуумують і знову повертають в цикл. Але цей процес ефективний тільки для очищення біогазу при підвищених тисках і зовсім непридатний для обробки біогазу при низькому тиску, близькому до атмосферного, тому що пропіленкарбонат втрачає поглинаючу здатність при такому тиску. Крім того, задля очищення доводиться компримувати біогаз, в якому є до 65% об. баластного СО2, тобто витрачати даремно 65% енергії на стиснення. Цей спосіб складний за технологією, тому що операція стиснення потребує компресора, здатного підвищувати тиск до 10МПа, та, в свою чергу, апаратів, які б могли витримувати такий тиск, тобто дуже металоємних, а отже, важких, громіздких. Наявність операції вакуумування потребує відповідного обладнання та апаратури, що також ускладнює технологію очищення біогазу. З іншого боку, специфіка роботи на звалищах з відповідною відсутністю інфраструктури ставить свої вимоги до технології очищення біогазу. Технологія очищення біогазу має бути максимально простою, з мінімальною кількістю технологічних операцій, незалежною від централізованого електропостачання та мобільною, тому що період використання біогазу звалищ сягає в середньому 10 років, після чого виникає потреба перемістити установку на інше звалище. Остання умова вимагає блочного виконання установки, легких, малометалоємних апаратів, можливості їх легкого транспортування на інше місце, а отже установка має бути не громіздкою, а компактною. В основу пропозиції поставлене завдання удосконалення способу очищення біогазу, в якому в результаті використання як абсорбенту водного розчину метилдіетаноламіну, забезпечується спрощення способу, можливість проведення процесу при атмосферному тиску і, за рахунок цього, забезпечується зменшення матеріало- та енерговитрат, що обумовлює здешевлення очищеного кондиційного біогазу. Поставлене завдання вирішено завдяки тому, що в способі очищення біогазу, який включає обробку біогазу абсорбентом, подальшу регенерацію абсорбенту з наступним поверненням його в цикл, згідно пропозиції, як абсорбент використовують хемосорбент - водний розчин метилдіетаноламіну, регенерацію якого здійснюють нагріванням його та відпарюванням поглинутих газів. 50562 4 Запропонований спосіб дозволяє вирішити поставлене завдання завдяки тому, що абсорбент зберігає свої поглинаючі властивості при атмосферному тиску, що спричиняє скорочення технологічних операцій, зменшення кількості циркулюючого абсорбенту, а отже, спрощення способу очищення і, згідно з цим, зменшуються енергоматеріальні витрати. Очищення біогазу запропонованим енергозберігаючим способом здійснюють таким чином. Неочищений біогаз сепарують від твердих та рідких домішок у сепараторі та подають газодувкою на очищення у нижню частину абсорберу. Абсорбер, який працює під тиском близьким до атмосферного, зрошують водним розчином метилдіетаноламіну (МДЕА), який подають до верхньої частини колони. В колоні-абсорбері відбувається поглинання кислих складових біогазу (СО2 та H2S), завдяки чому їх концентрацію в біогазі знижують. Очищений біогаз виводять з верхньої частини абсорберу і подають до споживача. Насичений розчин МДЕА виводять з нижньої частини абсорберу інаправляють до рекуперативного теплообміннику, в котрому нагрівають його гарячим зворотним потоком регенерованого розчину МДЕА, який виводять з десорберу. Нагрітий насичений розчин МДЕА подають на регенерацію в верхню частину десорберу. В десорбері здійснюють відпарювання поглинутого діоксиду вуглецю та H2S. Парогазову суміш, яка виходить з верхньої частини десорберу охолоджують в конденсаторі, в якому водяну пару конденсують, а газ охолоджують. Сконденсовану водяну пару подають в верхню частину десорберу на зрошення його. Регенерований розчин МДЕА, що віддав своє тепло в рекуперативному теплообміннику, направляють до охолоджувача і насосом подають в верхню частину абсорберу, де він, стікаючи назустріч біогазу, очищає його. Приклад 1 (за аналогом). Очищення біогазу здійснюють таким чином. Біогаз сепарують від твердих та рідких домішок у сепараторі і направляють далі на компресор, в якому його стискують до 10МПа. Після стискання біогаз направляють на очищення в нижню частину абсорберу, а в верхню частину подають пропіленкарбонат при температурі 35°С. Очищений біогаз, який містить максимум 3% об. СО2, осушують і направляють в магістральний газопровід. Насичений СО2 пропіленкарбонат дроселюють в сепаратори, при цьому з нього виділяють частину поглинутих газів, після чого абсорбент подають на регенерацію в десорбер, в якому здійснюють ступінчату дегазацію пропіленкарбонату. Для більш глибокої регенерації пропіленкарбонату (видалення з нього поглинутого СО2) її здійснюють під вакуумом, після чого абсорбент повертають в цикл. Приклад 2 (за запропонованим способом). Очищення біогазу запропонованим енергозберігаючим способом здійснюють таким чином. Біогаз сепарують від твердих та рідких домішок у сепараторі та подають газодувкою на очищення у нижню частину абсорберу, який працює під тиском близьким до атмосферного. Абсорбер зрошують водним розчином метилдіетаноламіну, який подають до верхньої частини колони. В колоні 5 50562 абсорбері при температурі +20 35°С концентрацію діоксиду вуглецю в біогазі знижують до 3% (об.) внаслідок поглинання його абсорбентом. Очищений біогаз виводять з верхньої частини абсорберу і подають до споживача. Насичений розчин МДЕА, який вміщує до 0,81моль СО2/моль МДЕА нагрівають в рекуперативному теплообміннику гарячим зворотним потоком регенерованого розчину МДЕА, який виводять з десорберу. Нагрітий насичений розчин МДЕА подають на відпарювання поглинутого діоксиду вуглецю в верхню частину десорберу. Парогазову суміш, яка виходить з верхньої частини десорберу, охолоджують в конденсаторі, в якому водяну пару конденсують, а газ 6 охолоджують до 35 40°С. Газ, що виходить з конденсатору, вміщує близько 99% (об.) діоксиду вуглецю, який може бути використаний як товарний продукт після відповідного очищення від H2S. Сконденсовану водяну пару подають в верхню частину десорберу для зрошення. Регенерований розчин МДЕА, що віддав своє тепло в рекуперативному теплообміннику, направляють до охолоджувача і подають в верхню частину абсорберу, де він, стікаючи назустріч біогазу, очищає його. В таблиці наведені технологічні показники способів очищення біогазу за двома процесами: згідно найближчому аналогу та запропонованому способу. Таблиця Порівняння технологічних показників способів очищення біогазу Найменування показника Вміст СО2 в біогазі неочищеному, %об. Вміст СО2 в біогазі очищеному, %об. Кількість циркулюючого хемосорбенту на 1000м3 неочищеного біогазу, м3/год. Операція стиснення біогазу до високого тиску Операція вакуумування абсорбенту Потреби в централізованому електропостачанні Енерговитрати на циркуляцію абсорбенту, кВт/год Компактність, мобільність Кількість операцій Як видно із вищенаведеної таблиці, запропонований спосіб має переваги над аналогом, тому що дає можливість скоротити кількість технологіч Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Значення аналог пропозиція приклад 1 приклад 2 50 50 3 3 17 7 Є немає Є немає Є немає 68 0,1 немає Є 6 4 них операцій та енергоматеріальні витрати при умові підтримання якості очищеного біогазу та його здешевлення. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601