Как подготавливается биогаз перед подачей в когенерацию
Сырой биогаз содержит влагу, сероводород, аммиак и силоксаны — всё это разрушает газопоршневой агрегат. Разбираем порядок ступеней очистки, способы удаления сероводорода и требования, которые задаёт паспорт энергетического оборудования.
Биогаз, выходящий из реактора, непригоден для подачи в газопоршневой агрегат в том виде, в каком он образуется. Он насыщен влагой, содержит сероводород, механические примеси и силоксаны, а его состав и давление меняются вместе с режимом сбраживания. Подготовка газа — обязательная часть установки, и именно от неё зависит ресурс двигателя и интервал между обслуживаниями.
Разберём, что удаляется из биогаза, какими способами, в каком порядке идут ступени и какие данные нужны для расчёта. Состав оборудования и решения по направлению — на странице газоочистки и биогаза.
Что содержится в сыром биогазе
- Метан — 50–70 % в зависимости от сырья и режима. Это полезная часть, от её доли зависит теплота сгорания.
- Углекислый газ — 30–45 %. Балласт: снижает теплоту сгорания, но для сжигания в двигателе удалять его не требуется.
- Водяной пар. Газ выходит из реактора насыщенным при температуре сбраживания. При охлаждении в трубопроводе влага конденсируется, и вместе с сероводородом образует кислоту, разрушающую металл.
- Сероводород — от сотен до нескольких тысяч миллионных долей по объёму, сильно зависит от сырья. Навоз и отходы животноводства дают высокие значения, растительное сырьё — низкие. Продукты его сгорания разрушают масло и детали двигателя.
- Аммиак. Присутствует при переработке птичьего помёта и белкового сырья, влияет на выбросы оксидов азота.
- Силоксаны. Характерны для газа очистных сооружений и полигонов. При сгорании образуют твёрдые отложения на клапанах и в камере сгорания.
- Механические примеси и пена. Частицы сырья, унесённые потоком.
Порядок ступеней подготовки
- Отделение конденсата и механических примесей. Гидрозатворы, конденсатоотводчики в низших точках трубопровода, сепаратор с фильтрующим элементом. Простейшая и обязательная ступень.
- Удаление сероводорода. Основная ступень, определяющая ресурс двигателя. Способ выбирается по концентрации и расходу.
- Осушка. Снижение точки росы ниже рабочей температуры газового тракта, чтобы влага не выпадала дальше по линии.
- Удаление силоксанов и остаточных примесей. Адсорбция на активированном угле. Ставится последней, так как уголь эффективно работает только по сухому газу.
- Поддержание давления и расхода. Газгольдер, воздуходувка или компрессор, регулирующая арматура, защита от превышения давления.
Порядок важен: подача влажного газа на угольный фильтр выводит загрузку из работы за недели вместо месяцев, а осушка до удаления сероводорода приводит к коррозии теплообменника.
Способы удаления сероводорода
| Способ | Где применяется | Остаточная концентрация | Особенности |
|---|---|---|---|
| Подача воздуха в реактор | Низкие и средние концентрации | до 100–300 ppm | Дёшево, но разбавляет газ азотом и требует точной дозировки |
| Биологическая очистка в отдельной колонне | Средние и высокие концентрации | десятки ppm | Низкие эксплуатационные затраты, требует воды и питания микрофлоры |
| Оксид железа в насыпном слое | Средние концентрации | единицы ppm | Загрузка регенерируется ограниченное число раз |
| Щелочной скруббер | Высокие концентрации | единицы ppm | Расход реагента, необходимость обращения со стоком |
| Активированный уголь с пропиткой | Доочистка после основной ступени | менее 1 ppm | Загрузка не регенерируется, меняется |
Осушка
- Охлаждение с отделением конденсата. Газ охлаждается в теплообменнике, влага выпадает и отводится, затем газ подогревается на несколько градусов, чтобы уйти от точки росы. Самый распространённый способ.
- Подземный участок трубопровода. Газ проходит по заглублённой линии, охлаждается грунтом, конденсат собирается в колодце. Дёшево, но работает только при подходящей температуре грунта.
- Адсорбционная осушка. Применяется там, где требуется низкая точка росы — например, при подготовке газа до качества топлива для транспорта.
Требование к точке росы задаёт производитель газопоршневого агрегата. Обычно она должна быть на 5–10 градусов ниже минимальной температуры газа в линии до двигателя, с учётом зимних условий на открытых участках.
Требования со стороны энергетического оборудования
Паспорт газопоршневого агрегата задаёт границы, в которые должна укладываться подготовка. Проверяются:
- предельное содержание сероводорода — обычно единицы и десятки миллионных долей на единицу энергии газа;
- предельное содержание силоксанов и общего кремния;
- допустимый диапазон теплоты сгорания и скорость её изменения — резкие колебания состава вызывают детонацию или остановку;
- давление на входе и допустимые его колебания;
- температура газа и относительная влажность;
- содержание механических частиц по размеру и массе.
Превышение любого из параметров переводит двигатель в режим ускоренного износа: масло теряет свойства за сотни часов вместо тысяч, а межремонтный интервал сокращается кратно.
Частые вопросы
Нужно ли удалять углекислый газ? Для сжигания в газопоршневом агрегате — нет, двигатели рассчитаны на работу на биогазе с его штатным содержанием. Удаление углекислого газа требуется только при подготовке биометана для подачи в сеть или заправки транспорта.
Как узнать концентрацию сероводорода до строительства? По составу сырья и по данным аналогичных объектов, а при наличии действующего реактора — прямым измерением. Расчёт ведётся по максимальному ожидаемому значению, а не по среднему: сезонные изменения сырья дают кратные колебания.
Можно ли обойтись только угольным фильтром? Только при низкой исходной концентрации сероводорода. При высокой загрузка расходуется слишком быстро, и стоимость её замены превышает затраты на основную ступень очистки.
Что происходит при отказе ступени очистки? Газ продолжает поступать, но с недопустимым составом. Поэтому на линии ставится контроль сероводорода с блокировкой подачи и переводом газа на факел.
Как часто меняется загрузка? Зависит от концентрации и расхода. Ресурс считается по массе поглощённого сероводорода: зная концентрацию и расход газа, получают срок работы загрузки в месяцах. Этот расчёт делается на этапе подбора, а не по факту.
Что мы делаем
Подбираем схему подготовки газа по составу сырья и требованиям энергетического оборудования, считаем ступени очистки и расход расходных материалов, комплектуем линию сепараторами, теплообменниками, фильтрами и арматурой, подбираем газопоршневые агрегаты под расчётный выход газа. Поставляем оборудование напрямую из Китая. Состав решений — на странице направления газоочистки и биогаза, смежные задачи по очистке промышленных газов — на странице экологического оборудования.
Пришлите вид и объём сырья, расчётный выход газа и требования вашего энергетического оборудования на sale@tkasiatorg.ru — подберём схему подготовки и дадим спецификацию с ценами и сроками поставки.
