Биогаз – это, несомненно, ценный источник энергии, который получают из органических отходов. Его используют для выработки электроэнергии, отопления и даже в качестве топлива для автомобилей. Но идеальных решений не существует, а потому в сыром виде он содержит различные примеси, которые значительным образом снижают его теплотворную способность, а также способны ускорять износ оборудования и вызывать коррозию. Чтобы использовать биогаз с максимальной эффективностью, его обязательно необходимо очистить. А для этого, например, нужен чиллер.
В этом статье мы расскажем, какие примеси содержатся в биогазе, почему их нужно удалять и какие технологии очистки применяются в промышленности.
Какие примеси содержатся в биогазе и почему их нужно удалять?
Основные компоненты биогаза — это метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂). Метан – горючее вещество, отвечает за энергетическую ценность газа, а вот углекислый газ снижает его качество. Помимо CO₂, в биогазе могут присутствовать сероводород (H₂S), водяной пар, аммиак (NH₃), азот (N₂) и кислород (O₂).
Читайте также что такое биогаз и как его получают
Каждая из этих примесей создает определенные проблемы:
- сероводород (H₂S) – обладает резким запахом тухлых яиц, токсичен и вызывает коррозию оборудования;
- водяной пар – приводит к образованию конденсата в трубах и снижает калорийность биогаза;
- углекислый газ (CO₂) – не горюч, поэтому его высокий процент в составе ухудшает энергетическую ценность биогаза;
- аммиак (NH₃), азот (N₂) и кислород (O₂) – могут быть опасны для двигателя и горелочных устройств, а также увеличивают риск образования взрывоопасных смесей.
Соответственно, для получения качественного и безопасного топлива необходимо применять различные методы очистки биогаза.
Основные технологии очистки биогаза
Существует несколько методов удаления примесей, которые могут использоваться как отдельно, так и в комбинации. Выбор подходящего метода зависит от состава исходного биогаза, требуемой степени очистки и конечного использования газа. Мы предлагаем рассмотреть основные технологии подробнее.
Удаление сероводорода (H₂S)
Сероводород (H₂S) считается одной из самых опасных примесей в биогазе. Он обладает неприятным запахом, а также вызывает коррозию трубопроводов, компрессоров и двигателей, что сокращает срок службы оборудования. Кроме того, сероводород токсичен, из-за чего его наличие в биогазе недопустимо при использовании продукта в бытовых и промышленных целях.
Методы очистки:
- Химическая абсорбция. Используются жидкости с окислителями (например, растворы железа, натрия, хлорид железа), которые связывают сероводород и превращают его в нерастворимые соединения. Этот метод эффективен, но требует постоянной замены реагентов.
- Физическая адсорбция. Сероводород поглощается пористыми материалами, такими как активированный уголь или цеолиты. Адсорбционные фильтры просты в использовании, но имеют ограниченный срок службы, так как со временем их сорбционная способность снижается.
- Биологическая очистка. В специальных биофильтрах используются бактерии (например, Thiobacillus), которые окисляют сероводород до элементарной серы или сульфатов. Этот метод экономичен и экологичен, но требует стабильного контроля условий для жизнедеятельности бактерий.
Наиболее распространенный способ – использование активированного угля, поскольку он прост в эксплуатации, не требует сложного оборудования и обеспечивает высокую степень очистки.
Читайте также как хранить биогаз
Осушение биогаза (удаление водяного пара)
Водяной пар присутствует в биогазе в больших количествах, особенно при его получении из органических отходов. Высокая влажность может привести к образованию конденсата в трубах, снижению эффективности сгорания газа и увеличению коррозии оборудования.
Способы осушения:
- Охлаждение и конденсация. Биогаз с помощью чиллеров охлаждают до низких температур, в результате чего влага конденсируется и удаляется. Этот метод является наиболее доступным и широко применяется на малых установках.
- Абсорбция гигроскопичными материалами. Используются специальные жидкости, такие как гликоли, которые поглощают водяной пар из газа. Этот метод требует периодической замены или регенерации поглотителей.
Чаще всего для небольших биогазовых установок применяется метод охлаждения, так как он не требует сложного оборудования и дает хороший результат.
Удаление углекислого газа (CO₂)
Хотя углекислый газ не считается токсичным, его высокая концентрация снижает калорийность биогаза, из-за чего он становится менее эффективным как топливо. В некоторых случаях необходимо удаление CO₂, чтобы получить биометан – газ, по свойствам аналогичный природному.
Рекомендуем прочитать: чем отличается биогаз от природного газа
Методы очистки:
- Абсорбция жидкими растворителями. Углекислый газ растворяется в воде или аминных растворах, после чего отделяется от основного потока биогаза. Метод хорошо подходит для крупных установок, но требует значительных затрат на эксплуатацию.
- Мембранная фильтрация. Биогаз проходит через специальные мембраны, которые задерживают молекулы CO₂ и пропускают метан. Этот способ считается наиболее распространенным для промышленного получения биометана.
- Криогенная сепарация. Углекислый газ удаляется путем охлаждения биогаза до температур, при которых CO₂ превращается в жидкость и легко отделяется. Это самый дорогой метод, но он позволяет добиться максимально высокой степени очистки.
Для промышленных установок чаще всего используется мембранная фильтрация, так как она сочетает эффективность, надежность и экономичность.
Удаление аммиака, азота и кислорода
Хотя эти примеси встречаются в биогазе реже, их наличие может привести к проблемам. Аммиак (NH₃) опасен при вдыхании и может вызвать коррозию оборудования. Азот (N₂) инертен и не горит, поэтому его избыток снижает энергетическую ценность биогаза. Кислород (O₂) при высокой концентрации увеличивает риск взрывоопасных ситуаций.
Есть два метода удаления этих химических веществ. Первый – каталитическая очистка. В этом случае газ проходит через специальные катализаторы, которые разлагают нежелательные примеси при высоких температурах. Данный метод эффективен для удаления аммиака.
Второй – сорбционные фильтры. Применяются пористые материалы, способные задерживать кислород и азот. Они работают по принципу адсорбции, аналогично угольным фильтрам для сероводорода.
Удаление кислорода и азота требуется в тех случаях, когда биогаз должен соответствовать строгим стандартам, например, при подаче в газовую сеть или использовании в промышленных котельных.
Сравнение методов очистки биогаза
Примесь | Основные методы очистки | Преимущества | Недостатки |
Сероводород (H₂S) | Химическая абсорбция, адсорбция, биофильтрация | Высокая эффективность | Необходимость регулярной замены сорбентов или реагентов |
Водяной пар | Охлаждение, гигроскопические абсорбенты | Простота и доступность | Потребление энергии на охлаждение |
Углекислый газ (CO₂) | Мембраны, абсорбция, криогенная сепарация | Позволяет получать биометан | Высокая стоимость криогенной технологии |
Аммиак, азот, кислород | Каталитическая очистка, сорбционные фильтры | Удаление сложных примесей | Ограниченная применимость в малых установках |
Сложно, но необходимо
Очистка биогаза – это важный процесс, который позволяет улучшить его характеристики и сделать использование более безопасным. В зависимости от состава сырого газа применяются различные методы удаления примесей. Для промышленных предприятий наиболее эффективными считаются мембранные фильтры и химическая очистка, а для небольших установок – охлаждение и адсорбционные фильтры.
Если биогаз планируется использовать в качестве альтернативного источника энергии, важно как очистить его, так и правильно хранить, чтобы сохранить его характеристики и избежать ненужных потерь.
