Для получения всех преимуществ биогаза его надо сначала правильно получить в реакторе, а также очистить и осушить (для этого используется чиллер). Кроме того, эффективное применение биогаза напрямую зависит и от правильного хранения. Это не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд, ведь биогаз является легковоспламеняющимся, а также имеет свои особенности при хранении.
Особенности биогаза, влияющие на его хранение
Прежде чем перейти к методам хранения, важно понять особенности биогаза, которые влияют на выбор подходящей технологии.
Во-первых, он имеет относительно низкую плотность энергии по сравнению с классическими видами топлива. При нормальных условиях его теплотворная способность составляет около 5-7 кВт·ч/м³, что примерно в 1,5-2 раза ниже, чем у природного газа. Это означает, что для хранения эквивалентного количества энергии потребуется больший объем резервуара.
Во-вторых, биогаз часто содержит примеси, которые могут вызывать коррозию оборудования для хранения. Особенно проблематичен сероводород, который при взаимодействии с водой образует кислоту, разъедающую металлические поверхности.
Читайте также как очистить биогаз от примесей
Наконец, метан, считающийся основным энергетическим компонентом биогаза, относится к парниковым газам, и его выбросы в атмосферу крайне нежелательны с экологической точки зрения. Это означает, что системы хранения должны быть полностью герметичными.
Низконапорное хранение биогаза
Самый простой и распространенный метод хранения биогаза, особенно на небольших установках – использование газгольдеров низкого давления.
Газгольдеры с плавающей крышей
Это резервуары с подвижной крышей, которая поднимается и опускается в зависимости от объема накопленного газа. По сути, крыша «плавает» на поверхности газа, обеспечивая герметичность хранения и приспосабливаясь к изменениям объема.
Преимущества таких газгольдеров – простота конструкции и относительно низкая стоимость. Они не требуют создания высокого давления, что повышает безопасность эксплуатации. При этом они занимают много места и подходят в основном для стационарных установок.
Объем типичных газгольдеров с плавающей крышей может составлять от нескольких кубических метров до нескольких тысяч, что позволяет удовлетворить потребности как небольших фермерских хозяйств, так и крупных биогазовых станций.
Газовые мешки (газгольдеры мембранного типа)
Это гибкие резервуары, изготовленные из специальных газонепроницаемых материалов, таких как ПВХ, полиэтилен высокой плотности или специальные полимерные композиты. Газовые мешки могут быть установлены над биогазовыми реакторами или отдельно от них.
Они идеально подходят для небольших и средних биогазовых установок из-за своей относительно низкой стоимости и простоты монтажа. Объем таких газгольдеров обычно составляет от 1 до 500 м³.
Тем не менее, у газовых мешков есть и недостатки. Они уязвимы к механическим повреждениям и ультрафиолетовому излучению, что негативно влияет на их срок службы. Для защиты от этих факторов их часто размещают в специальных навесах или оснащают защитными покрытиями.
Рекомендуем прочитать из каких газов состоит биогаз
Хранение биогаза под давлением
Для увеличения плотности энергии и уменьшения объема хранения биогаз может сжиматься до высокого давления. Такое решение актуально, когда биогаз необходимо использовать в качестве моторного топлива или транспортировать на значительные расстояния.
Рекомендуем прочитать: как можно использовать биогаз
Компримированный биогаз (КБГ)
Данная технология предполагает сжатие биогаза до давления 200-250 бар и его хранение в специальных баллонах или резервуарах высокого давления. Перед сжатием он обычно очищается от углекислого газа и других примесей, содержание метана доводится до 95-98% (такой очищенный биогаз часто называют биометаном).
Читайте также как сжать биогаз
Баллоны для хранения КБГ изготавливаются из высокопрочных материалов – стали, алюминиевых сплавов или композитных материалов. Они должны соответствовать строгим стандартам безопасности и регулярно проходить технические проверки.
Сжиженный биогаз (СБГ)
Для еще более компактного хранения биогаз может быть сжижен путем охлаждения до температуры около -162°C. При этом его объем уменьшается примерно в 600 раз по сравнению с газообразным состоянием при нормальных условиях.
Хранение СБГ требует использования специальных криогенных резервуаров с хорошей теплоизоляцией. Эти резервуары должны выдерживать низкие температуры и предотвращать испарение сжиженного газа.
Технология сжижения биогаза считается наиболее сложной и энергоемкой, поэтому она целесообразна только для крупных установок, где экономически оправданы высокие капитальные затраты.
Адсорбционные методы хранения
Относительно новым подходом к хранению биогаза считается использование адсорбентов – материалов с высокой пористостью, способных связывать молекулы газа на своей поверхности.
Активированный уголь
Известный всем материал обладает огромной внутренней поверхностью (до 1500 м²/г) и может адсорбировать значительные объемы биогаза при умеренных давлениях. Это позволяет хранить больше газа в том же объеме при меньшем давлении по сравнению с традиционным КБГ.
Металлоорганические каркасные структуры (MOFs)
Это новый класс материалов с еще более впечатляющими адсорбционными свойствами, чем у активированного угля. MOFs могут быть спроектированы с оптимальными характеристиками для адсорбции метана, что потенциально позволяет хранить еще больше биогаза при тех же условиях.
Адсорбционные методы хранения находятся на стадии исследований и пока не получили широкого коммерческого применения, но они представляют перспективное направление развития технологий хранения биогаза.
Сравнение методов хранения биогаза
Для более наглядного представления о различных методах хранения биогаза наши эксперты приводят сравнительную таблицу:
Метод хранения | Рабочее давление | Плотность энергии | Стоимость | Область применения | Преимущества | Недостатки |
Газгольдер с плавающей крышей | Низкое (несколько мбар) | Низкая | Средняя | Стационарные установки | Простота, безопасность | Большой размер, неподвижность |
Газовый мешок | Низкое (несколько мбар) | Низкая | Низкая | Малые и средние установки | Низкая стоимость, легкий монтаж | Уязвимость к повреждениям, ограниченный срок службы |
Компримированный биогаз (КБГ) | Высокое (200-250 бар) | Средняя | Высокая | Транспортные средства, удаленные потребители | Компактность, транспортабельность | Высокие энергозатраты на сжатие, требования к оборудованию |
Сжиженный биогаз (СБГ) | Среднее при низкой температуре | Очень высокая | Очень высокая | Крупные установки, экспорт | Максимальная плотность энергии | Сложность технологии, высокие энергозатраты |
Адсорбционное хранение | Среднее (30-50 бар) | Средняя | Средняя/высокая | Исследовательские проекты | Компромисс между низким и высоким давлением | Ограниченный коммерческий опыт |
Практические рекомендации по хранению биогаза
Независимо от выбранного метода хранения, мы рекомендуем соблюдать несколько важных принципов:
- Перед хранением биогаз надо очищать от сероводорода и других коррозионно-активных примесей. Это продлит срок службы оборудования и повысит качество газа.
- Системы хранения должны быть оснащены предохранительными устройствами, такими как клапаны избыточного давления, для предотвращения аварийных ситуаций.
- Регулярный мониторинг состояния оборудования и проверка на герметичность – это обязательные меры безопасности.
- При проектировании системы хранения биогаза необходимо учитывать пиковые нагрузки и обеспечивать достаточную емкость для их покрытия.
Выбор оптимального метода хранения биогаза зависит от множества факторов: масштаба производства, планируемого использования газа, доступного пространства и финансовых возможностей. Для небольших установок, таких как фермерские хозяйства, обычно достаточно простых газгольдеров низкого давления. Крупные биогазовые станции могут инвестировать в более сложные системы компримирования или сжижения газа, особенно если планируется его применение в качестве моторного топлива или поставка удаленным потребителям.
