Одна з головних проблем використання біогазу – його низька щільність у нестисненому стані. Недостатньо просто його виробити, очистити та осушити, використовуючи чилер, адже, щоб зробити біогаз більш зручним для зберігання, транспортування та використання як палива, його також треба стиснути. У цій статті наші спеціалісти розкажуть про основні методи стиснення біогазу, технології та обладнання, необхідні для цього процесу.
Навіщо стискати біогаз?
Перш ніж заглиблюватися в технології стиснення, треба зрозуміти, чому це взагалі необхідно. У стиснення біогазу є кілька важливих переваг:
- Збільшення щільності енергії. Стиснення дозволяє зберігати більше енергії в тому ж об’ємі. Наприклад, при стисненні до 200 бар (атмосфер) об’єм газу зменшується приблизно в 200 разів, завдяки чому зберігання набагато компактніше.
- Зручність транспортування. Стиснений біогаз можна перевозити в балонах або спеціальних ємностях, що відкриває можливості для його використання там, де він не виробляється.
- Застосування в транспорті. Стиснений біометан (очищений біогаз) може використовуватися як паливо для автомобілів, що працюють на компримованому природному газі (КПГ).
- Стабілізація постачання. Стиснення дозволяє накопичувати надлишки біогазу, що виробляється, для використання в періоди пікового навантаження або зупинки виробництва.
Очищення біогазу перед стисненням
Перш ніж приступити до стиснення біогазу, необхідно очистити його від домішок, які можуть пошкодити компресорне обладнання або знизити енергетичну цінність газу.
Видалення сірководню (H₂S)
Цей газ надзвичайно корозійно-активний і може швидко пошкодити металеві деталі компресорів. Для його видалення використовуються різні методи: адсорбція на активованому вугіллі, промивання лужними розчинами або біологічне очищення з використанням спеціальних бактерій.
Зниження вмісту вуглекислого газу
Високий вміст CO₂ знижує калорійність біогазу. Для збагачення продукту (перетворення його на біометан) застосовують технології водяного промивання, адсорбції при змінному тиску (PSA), мембранної сепарації або кріогенного розділення.
Видалення вологи
Вода у складі біогазу може викликати корозію і утворювати гідрати з іншими компонентами при стисненні. Осушення відбувається охолодженням газу, адсорбцією на силікагелі або молекулярних ситах.
Видалення силоксанів та інших домішок
Ці сполуки, що містяться в біогазі зі звалищ та очисних споруд, при згорянні утворюють тверді відкладення на деталях двигунів. Їх видаляють адсорбцією на активованому вугіллі або охолодженням.
Читайте детальніше про те, як очистити біогаз від домішок
Методи стиснення біогазу
Після очищення біогаз готовий до стиснення. Існує кілька основних типів компресорів, що застосовуються для цієї мети:
Поршневі компресори
Це найпоширеніший тип компресорів для стиснення біогазу. Вони працюють за принципом зворотно-поступального руху поршня в циліндрі. При русі поршня вниз циліндр заповнюється газом, при русі вгору він стискається і виштовхується через випускний клапан.
Поршневі компресори можуть бути одноступеневими або багатоступеневими. Для досягнення високих ступенів стиснення (більше 10-15 бар) зазвичай використовують багатоступеневі моделі, де газ послідовно стискається в кількох циліндрах з проміжним охолодженням.
Переваги поршневих компресорів:
- висока надійність;
- здатність створювати значний тиск;
- можливість роботи з відносно забрудненим газом.
При цьому вони потребують регулярного технічного обслуговування через велику кількість рухомих деталей.
Гвинтові компресори
У гвинтових компресорах стиснення відбувається шляхом зменшення об’єму між двома обертовими гвинтами (роторами) спеціальної форми. Коли гвинти обертаються, газ захоплюється в простір між ними і поступово стискається в міру переміщення до випускного отвору.
Гвинтові компресори забезпечують більш рівномірну подачу газу порівняно з поршневими і мають менше рухомих деталей, що знижує потребу в обслуговуванні. Вони добре підходять для середніх ступенів стиснення (до 10-15 бар) і великих об’ємів газу.
Відцентрові компресори
Тут газ прискорюється обертовим робочим колесом і потім перетворює кінетичну енергію на потенційну в дифузорі. Ці компресори забезпечують рівномірний потік без пульсацій і мають мінімум рухомих частин.
Відцентрові компресори найкраще підходять для великих об’ємів газу при відносно низькому ступені стиснення. Для досягнення високих тисків їх треба використовувати в багатоступеневих конфігураціях. Вони вимагають високоочищеного газу для запобігання ерозії швидко обертових деталей.
Рекомендуємо прочитати в чому різниця між компресором і насосом
Ступені стиснення та області застосування
Залежно від призначення стисненого біогазу застосовуються різні ступені стиснення:
Тиск (бар) | Застосування | Тип використовуваного компресора | Особливості |
0,05-0,5 | Переміщення біогазу на короткі дистанції, подача в пальники | Газодувки низького тиску | Мінімальне енергоспоживання, просте обладнання |
5-10 | Подача в газові мережі низького тиску, зберігання в газгольдерах | Одноступеневі поршневі або гвинтові компресори | Помірні капітальні витрати, середня щільність енергії |
200-250 | Заправка автомобілів (КПГ), довгострокове зберігання в балонах | Багатоступеневі поршневі компресори | Високі капітальні витрати, велике енергоспоживання, висока щільність енергії |
Зберігання стисненого біогазу
Після стиснення біогаз необхідно безпечно зберігати. Для цього використовуються різні типи ємностей:
- Балони високого тиску – сталеві або композитні посудини, розраховані на тиск 200-250 бар. Застосовуються для зберігання невеликих об’ємів газу, наприклад, для автомобільних заправок.
- Газгольдери середнього тиску – великі резервуари для зберігання газу під тиском 5-10 бар. Використовуються в промислових біогазових установках для вирівнювання виробництва та споживання.
- Газгольдери низького тиску – м’які резервуари типу «подушка» або жорсткі ємності з плаваючим дахом для зберігання газу при тиску близькому до атмосферного. Використовуються безпосередньо на місці виробництва біогазу.
Читайте також як зберігати біогаз
Безпека при стисненні біогазу
Робота зі стисненим біогазом вимагає суворого дотримання заходів безпеки. У першу чергу, потрібно запобігти утворенню вибухонебезпечних сумішей. Суміш метану з повітрям вибухонебезпечна при концентрації метану 5-15%. Відповідно, обладнання має бути герметичним і оснащене системами виявлення витоків. Усе електрообладнання в зоні роботи з біогазом має бути вибухозахищеним.
Захист від надмірного тиску дуже важливий. Усі системи зберігання повинні бути обладнані запобіжними клапанами, які скидають тиск при перевищенні безпечних меж.
Операторів треба навчити правилам безпечної роботи з компресорним обладнанням і діям в аварійних ситуаціях.
Стиснення біогазу відкриває нові можливості для його використання, роблячи це відновлюване джерело енергії більш універсальним і зручним. Від вибору правильної технології до оптимального ступеня стиснення – кожен етап має бути ретельно проаналізований для досягнення максимальної ефективності та безпеки.
