Одна из главных проблем использования биогаза – его низкая плотность в несжатом состоянии. Недостаточно просто его произвести, очистить и осушить, используя чиллер, ведь, чтобы сделать биогаз более удобным для хранения, транспортировки и использования в качестве топлива, его также надо сжать. В этой статье наши специалисты расскажут об основных методах сжатия биогаза, технологиях и оборудовании, необходимых для данного процесса.
Зачем сжимать биогаз?
Прежде чем углубляться в технологии сжатия, надо понять, почему это вообще необходимо. У сжатия биогаза есть несколько важных преимуществ:
- Увеличение плотности энергии. Сжатие позволяет хранить больше энергии в том же объеме. Например, при сжатии до 200 бар (атмосфер) объем газа уменьшается примерно в 200 раз, за счет чего хранение гораздо более компактное.
- Удобство транспортировки. Сжатый биогаз можно перевозить в баллонах или специальных емкостях, что открывает возможности для его использования там, где он не производится.
- Применение в транспорте. Сжатый биометан (очищенный биогаз) может использоваться как топливо для автомобилей, работающих на компримированном природном газе (КПГ).
- Стабилизация поставок. Сжатие позволяет накапливать излишки производимого биогаза для использования в периоды пиковой нагрузки или остановки производства.
Очистка биогаза перед сжатием
Прежде чем приступить к сжатию биогаза, необходимо очистить его от примесей, которые могут повредить компрессорное оборудование или снизить энергетическую ценность газа.
Удаление сероводорода (H₂S)
Этот газ крайне коррозионно-активен и может быстро повредить металлические детали компрессоров. Для его удаления используются различные методы: адсорбция на активированном угле, промывка щелочными растворами или биологическая очистка с использованием специальных бактерий.
Снижение содержания углекислого газа
Высокое содержание CO₂ снижает калорийность биогаза. Для обогащения продукта (превращения его в биометан) применяют технологии водяной промывки, адсорбции при переменном давлении (PSA), мембранной сепарации или криогенного разделения.
Удаление влаги
Вода в составе биогаза может вызывать коррозию и образовывать гидраты с другими компонентами при сжатии. Осушка происходит охлаждением газа, адсорбцией на силикагеле или молекулярных ситах.
Удаление силоксанов и других примесей
Эти соединения, содержащиеся в биогазе со свалок и очистных сооружений, при сгорании образуют твердые отложения на деталях двигателей. Их удаляют адсорбцией на активированном угле или охлаждением.
Читайте детальнее о том, как очистить биогаз от примесей
Методы сжатия биогаза
После очистки биогаз готов к сжатию. Существует несколько основных типов компрессоров, применяемых для этой цели:
Поршневые компрессоры
Это наиболее распространенный тип компрессоров для сжатия биогаза. Они работают по принципу возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре. При движении поршня вниз цилиндр заполняется газом, при движении вверх он сжимается и выталкивается через выпускной клапан.
Поршневые компрессоры могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми. Для достижения высоких степеней сжатия (более 10-15 бар) обычно используют многоступенчатые модели, где газ последовательно сжимается в нескольких цилиндрах с промежуточным охлаждением.
Преимущества поршневых компрессоров:
- высокая надежность;
- способность создавать значительное давление;
- возможность работы с относительно загрязненным газом.
При этом они нуждаются в регулярном техническом обслуживании из-за большого количества движущихся деталей.
Винтовые компрессоры
В винтовых компрессорах сжатие происходит путем уменьшения объема между двумя вращающимися винтами (роторами) специальной формы. Когда винты вращаются, газ захватывается в пространство между ними и постепенно сжимается по мере перемещения к выпускному отверстию.
Винтовые компрессоры обеспечивают более равномерную подачу газа по сравнению с поршневыми и имеют меньше движущихся деталей, что снижает потребность в обслуживании. Они хорошо подходят для средних степеней сжатия (до 10-15 бар) и больших объемов газа.
Центробежные компрессоры
Здесь газ ускоряется вращающимся рабочим колесом и затем преобразует кинетическую энергию в потенциальную в диффузоре. Эти компрессоры обеспечивают равномерный поток без пульсаций и имеют минимум движущихся частей.
Центробежные компрессоры лучше всего подходят для больших объемов газа при относительно низкой степени сжатия. Для достижения высоких давлений их надо использовать в многоступенчатых конфигурациях. Они требуют высокоочищенного газа для предотвращения эрозии быстро вращающихся деталей.
Рекомендуем прочитать в чем разница между компрессором и насосом
Степени сжатия и области применения
В зависимости от назначения сжатого биогаза применяются различные степени сжатия:
Давление (бар) | Применение | Тип используемого компрессора | Особенности |
0,05-0,5 | Перемещение биогаза на короткие дистанции, подача в горелки | Газодувки низкого давления | Минимальное энергопотребление, простое оборудование |
5-10 | Подача в газовые сети низкого давления, хранение в газгольдерах | Одноступенчатые поршневые или винтовые компрессоры | Умеренные капитальные затраты, средняя плотность энергии |
200-250 | Заправка автомобилей (КПГ), долгосрочное хранение в баллонах | Многоступенчатые поршневые компрессоры | Высокие капитальные затраты, большое энергопотребление, высокая плотность энергии |
Хранение сжатого биогаза
После сжатия биогаз необходимо безопасно хранить. Для этого используются различные типы емкостей:
- Баллоны высокого давления – стальные или композитные сосуды, рассчитанные на давление 200-250 бар. Применяются для хранения небольших объемов газа, например, для автомобильных заправок.
- Газгольдеры среднего давления – крупные резервуары для хранения газа под давлением 5-10 бар. Используются в промышленных биогазовых установках для выравнивания производства и потребления.
- Газгольдеры низкого давления – мягкие резервуары типа «подушка» или жесткие емкости с плавающей крышей для хранения газа при давлении близком к атмосферному. Используются непосредственно на месте производства биогаза.
Читайте также как хранить биогаз
Безопасность при сжатии биогаза
Работа со сжатым биогазом требует строгого соблюдения мер безопасности. В первую очередь, нужно предотвратить образование взрывоопасных смесей. Смесь метана с воздухом взрывоопасна при концентрации метана 5-15%. Соответственно, оборудование должно быть герметичным и оснащено системами обнаружения утечек. Все электрооборудование в зоне работы с биогазом должно быть взрывозащищенным.
Защита от избыточного давления очень важна. Все системы хранения должны быть оборудованы предохранительными клапанами, которые сбрасывают давление при превышении безопасных пределов.
Операторов надо обучить правилам безопасной работы с компрессорным оборудованием и действиям в аварийных ситуациях.
Сжатие биогаза открывает новые возможности для его использования, делая этот возобновляемый источник энергии более универсальным и удобным. От выбора правильной технологии до оптимальной степени сжатия – каждый этап должен быть тщательно проанализирован для достижения максимальной эффективности и безопасности.
