Сероочистка биогаза — какие схемы применяют и что они требуют в обслуживании
Сероводород в биогазе определяет ресурс двигателя и сорбентов на линии биометана. Разбираем схемы сероочистки — биологическую десульфуризацию, скрубберы, дозирование солей железа, адсорбцию, — требуемую глубину очистки под котёл, когенерацию и подачу в сеть, расход реагентов и данные для расчёта узла.
Сероводород присутствует в биогазе практически любого состава: он образуется при разложении белковой части субстрата, и его содержание тем выше, чем больше в сырье навоза, птичьего помёта, барды, жома или осадка очистных сооружений. Сам по себе этот компонент не влияет на теплотворную способность газа — метана в сыром биогазе 55–70 %, и сероводород в этот баланс не входит. Проблему он создаёт при сгорании и при контакте с влагой: образуются кислые соединения, которые разрушают масло двигателя, подшипники, арматуру и теплообменники.
Поэтому сероочистка закладывается не как отдельная опция, а как условие работы той части установки, которая стоит после реактора. Глубина очистки определяется тем, куда пойдёт газ: требования когенерационного двигателя, котла и линии подготовки биометана различаются на порядки. Направление собрано на странице Газоочистка и биогаз.
От чего зависит требуемая глубина очистки
- Назначение газа. Котёл допускает самое высокое остаточное содержание сероводорода, газопоршневой двигатель — существенно меньшее, подготовка биометана для подачи в сеть или сжижения — минимальное, поскольку соединения серы повреждают сорбенты и мембраны на следующей ступени.
- Состав сырья. Субстраты с высокой долей белка и сульфатов дают газ с содержанием сероводорода в разы выше, чем растительные остатки и солома. Это определяет не схему как таковую, а нагрузку на неё и расход реагентов.
- Расход газа и его стабильность. При переменной выработке схема должна держать требуемый показатель на выходе и в минимуме, и в максимуме нагрузки.
- Режим эксплуатации. Непрерывная круглосуточная работа и сезонная работа предъявляют разные требования к запасу сорбента и к периодичности регенерации.
- Наличие персонала и реагентов на площадке. Схемы с регулярной дозировкой и контролем требуют обслуживающей службы, схемы на сменном сорбенте — склада и графика замены.
Схемы, которые применяют на практике
| Схема | Принцип | Где стоит | Что требует в обслуживании |
|---|---|---|---|
| Биологическая десульфуризация в реакторе | Подача дозированного количества воздуха или кислорода в газовый объём, где бактерии переводят сероводород в элементарную серу | Внутри реактора или в газовом куполе | Контроль дозы воздуха и кислорода в газе, наблюдение за осаждением серы |
| Внешний биоскруббер | Орошаемая насадочная колонна с биопленкой и отдельным контуром циркуляции | После реактора, до газгольдера или после него | Поддержание pH и питательной среды, продувка контура, насосы |
| Дозирование солей железа в субстрат | Связывание серы в осадок непосредственно в сбраживаемой массе | Узел подготовки и подачи сырья | Расход реагента, работа дозирующего насоса, учёт в составе дигестата |
| Щелочной или окислительный скруббер | Абсорбция растворимого газа щелочным раствором | Отдельный узел газоочистки | Приготовление и замена раствора, отвод отработанного потока |
| Адсорбция на пропитанном активированном угле | Поглощение остаточного сероводорода и сопутствующих органических соединений и запахов | Тонкая доочистка перед двигателем или перед линией биометана | Замена загрузки по проскоку, утилизация отработанного сорбента |
| Адсорбция на оксидно-железной массе | Химическое связывание серы на сменной загрузке | Отдельный адсорбер | Замена загрузки, контроль перепада давления на слое |
На реальных объектах схемы комбинируются. Основную нагрузку снимает грубая ступень — биологическая десульфуризация или дозирование реагента в субстрат, она дешевле в расчёте на снятый килограмм серы. Остаточное содержание доводит до нормы тонкая ступень на сорбенте. Такое разделение позволяет держать расход сменного сорбента в разумных пределах: если тонкая ступень работает без грубой, загрузку приходится менять несоизмеримо чаще.
Что ставят перед сероочисткой и после неё
- Осушка газа. Влага переводит соединения серы в кислоты и ухудшает работу сорбента, поэтому охлаждение с отводом конденсата идёт до адсорбера, а не после.
- Удаление механических примесей и аэрозолей — иначе загрузка адсорбера забивается, и перепад давления на слое растёт быстрее, чем расходуется его ёмкость.
- Газгольдер, выравнивающий неравномерность выработки: газоочистка подбирается под расчётный расход, а не под мгновенные пики.
- Контроль состава газа после очистки. Без замера остаточного содержания невозможно ни назначить срок замены сорбента, ни подтвердить соблюдение требований оборудования, которое стоит дальше.
- Факельная установка и аварийный сброс — обязательная часть схемы при остановке потребителя газа.
Если газ идёт не на когенерацию, а на получение биометана, сероочистка становится предварительной ступенью: технологии, которыми отделяют диоксид углерода, чувствительны к сере. Как устроена эта часть схемы, разобрано в материалах направления Газоочистка и биогаз.
Как считают эксплуатационные затраты
- Определяется массовый поток серы в сутки: расход газа умножается на содержание сероводорода в сыром газе.
- Этот поток распределяется между грубой и тонкой ступенями — распределение задаёт и расход реагента, и срок службы загрузки.
- Считается годовой расход сменного сорбента или реагента по сорбционной ёмкости и по фактической нагрузке, а не по объёму адсорбера.
- Учитывается потеря давления в тракте: она переходит в потребление газодувки и в постоянную составляющую затрат.
- Отдельно закладывается обращение с отработанным сорбентом и с осадками, содержащими серу, включая их объём и способ передачи на утилизацию.
- К стоимости сопоставляется цена последствий недостаточной очистки — межсервисный интервал двигателя, расход масла и ресурс узлов, которые стоят после очистки.
Частые вопросы
Можно ли обойтись только биологической десульфуризацией? Для котла в большинстве случаев достаточно. Для газопоршневого двигателя её обычно дополняют тонкой ступенью, потому что биологический процесс чувствителен к изменению нагрузки и состава сырья и не гарантирует стабильный показатель на выходе в любом режиме.
Почему нельзя подавать больше воздуха в реактор, чтобы снять больше серы? Кислород тормозит анаэробный процесс и попадает в газ, а это снижает его качество и создаёт ограничения по дальнейшему использованию. Доза воздуха — расчётная величина, а не регулировка по факту.
Как часто меняют загрузку активированного угля? Срок определяется не календарём, а фактическим количеством снятой серы и моментом проскока, который фиксируется замером на выходе. Поэтому в схему закладывается точка контроля, а в запас — одна загрузка.
Влияет ли сероочистка на дигестат? При дозировании солей железа сера остаётся в сбраживаемой массе и уходит с дигестатом — это учитывается при расчёте его объёмов и условий хранения. При внешних схемах очистки сера выводится отдельным потоком.
Что прислать для расчёта? Состав и суточный объём сырья, расчётный или замеренный выход газа, содержание сероводорода в сыром газе, назначение газа и требования оборудования-потребителя по остаточному содержанию, режим работы объекта и наличие площадей под узел очистки.
Что мы делаем
Считаем массовый поток серы по составу сырья и объёму газа, подбираем сочетание грубой и тонкой ступеней под требования потребителя газа, оцениваем годовой расход реагентов и сорбента, согласовываем состав узла с заводом-изготовителем и ведём проект до пусконаладки с замерами на выходе. Направления — Газоочистка и биогаз и Экология и переработка.
Пришлите состав сырья, объём газа и требования потребителя по остаточному содержанию серы на sale@tkasiatorg.ru — подберём схему сероочистки, посчитаем расход реагентов и сроки поставки узла.
