Біогаз – це, безперечно, цінне джерело енергії, яке одержують з органічних відходів. Його використовують для вироблення електроенергії, опалення і навіть як паливо для автомобілів. Але ідеальних рішень не існує, а тому в сирому вигляді він містить різні домішки, які значно знижують його теплотворну здатність, а також здатні прискорювати знос обладнання та викликати корозію. Щоб використовувати біогаз із максимальною ефективністю, його обов’язково необхідно очистити. А для цього, наприклад, потрібний чилер.
У цій статті ми розповімо, які домішки містяться в біогазі, чому їх потрібно видаляти та які технології очищення застосовують у промисловості.
Які домішки містяться в біогазі та чому їх потрібно видаляти?
Основні компоненти біогазу – це метан (CH₄) та вуглекислий газ (CO₂). Метан – горюча речовина, що відповідає за енергетичну цінність газу, а от вуглекислий газ знижує його якість. Крім CO₂, у біогазі можуть бути сірководень (H₂S), водяна пара, аміак (NH₃), азот (N₂) і кисень (O₂).
Читайте також що таке біогаз і як його отримують
Кожна з цих домішок створює певні проблеми:
- сірководень (H₂S) – має різкий запах тухлих яєць, токсичний та викликає корозію обладнання;
- водяна пара – призводить до утворення конденсату в трубах та знижує калорійність біогазу;
- вуглекислий газ (CO₂) – не горючий, тому його високий відсоток у складі погіршує енергетичну цінність біогазу;
- аміак (NH₃), азот (N₂) та кисень (O₂) – можуть бути небезпечними для двигуна та пальникових пристроїв, а також збільшують ризик утворення вибухонебезпечних сумішей.
Відповідно, для отримання якісного та безпечного палива необхідно застосовувати різні методи очищення біогазу.
Основні технології очищення біогазу
Існує кілька методів видалення домішок, які можна використовувати як окремо, так і у комбінації. Вибір відповідного методу залежить від складу вихідного біогазу, необхідного ступеня очищення та кінцевого використання газу. Ми пропонуємо розглянути основні технології докладніше.
Видалення сірководню (H₂S)
Сірководень (H₂S) вважається однією з найнебезпечніших домішок у біогазі. Він має неприємний запах, а також викликає корозію трубопроводів, компресорів і двигунів, що скорочує термін служби обладнання. Крім того, сірководень токсичний, через що його наявність у біогазі неприпустимо при використанні продукту в побутових та промислових цілях.
Методи очищення:
- Хімічна абсорбція. Використовуються рідини з окислювачами (наприклад, розчини заліза, натрію, хлорид заліза), які зв’язують сірководень і перетворюють його на нерозчинні сполуки. Цей метод ефективний, але потребує постійної заміни реагентів.
- Фізична адсорбція. Сірководень поглинається пористими матеріалами, такими як активоване вугілля або цеоліти. Адсорбційні фільтри прості у використанні, але мають обмежений термін служби, оскільки згодом їх сорбційна здатність знижується.
- Біологічне очищення. У спеціальних біофільтрах використовують бактерії (наприклад, Thiobacillus), які окислюють сірководень до елементарної сірки або сульфатів. Цей метод економічний та екологічний, але потребує стабільного контролю умов життєдіяльності бактерій.
Найбільш поширений спосіб – використання активованого вугілля, оскільки він простий в експлуатації, не вимагає складного обладнання та забезпечує високий ступінь очищення.
Читайте також як зберігати біогаз
Осушення біогазу (видалення водяної пари)
Водяна пара присутня в біогазі у великих кількостях, особливо при її отриманні з органічних відходів. Висока вологість може призвести до утворення конденсату в трубах, зниження ефективності згоряння газу та збільшення корозії обладнання.
Способи осушення:
- Охолодження та конденсація. Біогаз за допомогою чилерів охолоджують до низьких температур, внаслідок чого волога конденсується та видаляється. Цей метод є найдоступнішим і широко застосовується на малих установках.
- Абсорбція гігроскопічних матеріалів. Використовуються спеціальні рідини, такі як гліколі, які поглинають водяну пару з газу. Цей метод потребує періодичної заміни чи регенерації поглиначів.
Найчастіше для невеликих біогазових установок застосовується метод охолодження, тому що він не потребує складного обладнання та дає добрий результат.
Видалення вуглекислого газу (CO₂)
Хоча вуглекислий газ не вважається токсичним, його висока концентрація знижує калорійність біогазу, через що він стає менш ефективним як паливо. У деяких випадках необхідне видалення CO₂, щоб отримати біометан – газ, за властивостями аналогічний природному.
Рекомендуємо прочитати: чим відрізняється біогаз від природного газу
Методи очищення:
- Абсорбція рідкими розчинниками. Вуглекислий газ розчиняється у воді або амінних розчинах, після чого відокремлюється від основного потоку біогазу. Метод добре підходить для великих установок, але потребує значних витрат на експлуатацію.
- Мембранна фільтрація. Біогаз проходить через спеціальні мембрани, які затримують молекули CO₂ та пропускають метан. Цей спосіб вважається найбільш поширеним для промислового одержання біометану.
- Кріогенна сепарація. Вуглекислий газ видаляється шляхом охолодження біогазу до температур, за яких CO₂ перетворюється на рідину і легко відокремлюється. Це найдорожчий метод, але він дозволяє досягти максимально високого ступеня очищення.
Для промислових установок найчастіше використовується мембранна фільтрація, оскільки вона поєднує ефективність, надійність та економічність.
Видалення аміаку, азоту та кисню
Хоча ці домішки зустрічаються в біогазі рідше, їхня наявність може призвести до проблем. Аміак (NH₃) небезпечний при вдиханні і може спричинити корозію обладнання. Азот (N₂) інертний і не горить, тому його надлишок знижує енергетичну цінність біогазу. Кисень (O₂) при високій концентрації збільшує ризик вибухонебезпечних ситуацій.
Існують два методи видалення цих хімічних речовин. Перший – каталітичне очищення. У цьому випадку газ проходить через спеціальні каталізатори, які розкладають небажані домішки за високих температур. Цей метод ефективний для видалення аміаку.
Другий – сорбційні фільтри. Застосовуються пористі матеріали, здатні затримувати кисень та азот. Вони працюють за принципом адсорбції, аналогічно вугільним фільтрам для сірководню.
Видалення кисню та азоту потрібно в тих випадках, коли біогаз повинен відповідати суворим стандартам, наприклад, при подачі в газову мережу або використання для промислових котелень.
Порівняння методів очищення біогазу
Домішка | Основні методи очищення | Переваги | Недоліки |
Сірководень (H₂S) | Хімічна абсорбція, адсорбція, біофільтрація | Висока ефективність | Необхідність регулярної заміни сорбентів або реагентів |
Водяна пара | Охолодження, гігроскопічні абсорбенти | Простота та доступність | Споживання енергії на охолодження |
Вуглекислий газ (CO₂) | Мембрани, абсорбція, кріогенна сепарація | Дозволяє отримувати біометан | Висока вартість кріогенної технології |
Аміак, азот, кисень | Каталітичне очищення, сорбційні фільтри | Видалення складних домішок | Обмежена застосовність у малих установках |
Складно, але потрібно
Очищення біогазу – це важливий процес, який дозволяє покращити його характеристики та зробити використання безпечнішим. Залежно від складу сирого газу застосовують різні методи видалення домішок. Для промислових підприємств найбільш ефективними вважаються мембранні фільтри та хімічне очищення, а для невеликих установок – охолодження та адсорбційні фільтри.
Якщо біогаз планується використовувати як альтернативне джерело енергії, важливо як очистити його, так і правильно зберігати, щоб зберегти його характеристики і уникнути непотрібних втрат.
