Úprava bioplynu na biomethan

Transkript

1 Úprava bioplynu na biomethan Odstranění nežádoucích složek a zvýšení koncentrace CH4 na % Nežádoucí složky: hlavně CO2, H2S Dosažení kvality paliva pro pohon motorových vozidel Dosažení kvality zemního plynu Metody úpravy bioplynu na biomethan Adsorpce na molekulových sítech (PSA) Vypírání (absorpce do kapaliny) Vodní tlakové pračky Aminové pračky Glykolové pračky Membránová separace Kryogenní rektifikace

2 Sled kroků u různých metod úpravy bioplynu na kvalitu biomethanu

3 PSA (Pressure Swing Adsorption Adsorpce se změnou tlaku) Adsorpční proces probíhá pod tlakem, adsorbát se zachycuje v pórech adsorbentu. Použitý adsorbent (molekulové síto) se regeneruje snížením tlaku a evakuací. Cyklus procesu lze rozdělit do čtyř fází: Adsorpce pod tlakem Desorpce snížením tlaku v protiproudu Desorpce pomocí evakuace Nárůst tlaku surového plynu a produktu Pro výrobu molekulových sít se nejprve jemně rozemele černé uhlí a poté je vytlačováno (extrudováno) s přidanými polymery. Při následném termickém zpracování se polymery rozkládají, vznikají mikropóry, v nichž se při adsorpci mohou vázat sorbované látky.

4 Hrubé technologické schéma adsorpce se změnou tlaku (PSA)

5 Schématické znázornění procesů při absorpci do kapaliny

6 rozpustnost CO 2 ve vodě rozpustnost CH 4 ve vodě

7 Tlaková vodní vypírka zjednodušené technologické schéma

8 Kromě vody jsou k dispozici také další promývací kapaliny poskytující mnohonásobně vyšší rozpustnost absorbátu oproti vodě. název absorbát složení tlak (bar) teplota ( C) Voda CO 2, H 2 S, NH 3 H 2 O Purisol CO 2, H 2 S, N-Methylpyrrolidon > Rektisol CO 2, H 2 S, NH 3, COS, HCN Selexol CO 2, H 2 S, NH 3, COS Methanol > Polyethylenglykol -ether Genosorb CO 2, H 2 S, NH 3, H 2 O Tetraethylenglykol - dimethylether > porovnání promývacích (absorpčních) činidel větší kapacita a selektivita činidla vzhledem k absorbátu = vazební síly = nárůst energetické náročnosti desorpce nutné nelézt kompromis mezi kapacitou, selektivitou a ekonomickou výhodností regenerace. Kapacita vody je v porovnání s ostatními chemickými nebo fyzikálními promývacími činidly nejnižší, avšak je nejdostupnější a nejlevnější.

9 Aminové vypírací kapaliny Desorpce tepelná název absorbát složení Tlak (bar) Teplota ( C) MEA CO 2, H 2 S, COS, CS 2 2,5n monoethanolamin, in inhibitory oxidace >1 cca 40 DEA CO 2, H 2 S, COS, CS 2 2n-3n diethanolamin MDEA CO 2, H 2 S N-methyldiethanolamin > MEA toxický, nutná regenerace, udávaná životnost roztoku cca 10 let úniky zcela minimální, dopad na životní prostředí zcela minimální (riziko téměř nulové) nutnost ochrany proti korozi (agresivita roztoku MEA) Lze použít i jiná činidla

10 Technologické schéma vypírání s MEA (monoethanolamin)

11 Membránové separační metody Oddělování složek plynu v důsledku rozdílných rychlostí permeace pomocí tenké membrány. Pro výrobu membrán jsou k dispozici různé materiály. Nejdůležitější skupinu materiálů představují polymerní materiály, které jsou využívány v 90 % případů. Mezi ně patří materiály jako polysulfon, polykarbonát nebo polydimethylsiloxan. (rel.levné) nevýhody: omezená selektivita, vyšší selektivita = nižší permeabilita, omezená teplotní a chemická odolnost nutnost předúpravy bioplynu anorganické materiály membrán: zlepšení nedostatků, avšak velmi nákladné materiály Polymerní membránou, např. z acetátu celulózy, prochází oxid uhličitý a sulfan mnohem rychleji (faktor 20 resp. 60) než methan.

12 Princip membránových separací

13 Δp i CH 4 CO 2 H 2 O H 2 S NH 3 N 2 O 2 Bioplyn Methan Membrána (aromatický polyimid) Permeát bohatý na CO 2

14 Protože metan také prostupuje membránou, dochází při jednoduchém modulovém uspořádání k velké ztrátě metanu. Pro snížení ztráty metanu je navzájem propojováno více membránových jednotek. Podle dostupných údajů je při dvojstupňovém modulovém uspořádání výtěžek methanu cca 85 % a obsah metanu v produktu je 95 % obj. Zvýšením počtu membránových modulů se na jedné straně zvyšuje výtěžek methanu, na druhé straně rosou investiční náklady na zařízení. vysoký tlak výhody z pohledu následného vtláčení methanu do distribuční sítě

15 Schéma dvoustupňové membránové separace oxidu uhličitého z bioplynu

16 Kryogenní rektifikace Principem kryogenní rektifikace je vymražování CO2 z bioplynu

17 hrubé technologické schéma kryogenní rektifikace Stlačení plynu na 80 barů, ochlazení, odloučení kondenzátu, další ochlazení, vstup do rektifikační kolony, kapalný podíl vstupuje do další dělící kolony (vypadává CO 2, odplyn recyklován); plyn z první kolony stále znečištěn CO 2 ochlazení na -80 až -110 C, další dělící stupeň

18 Biomethan - Aminová pračka beztlaková

19 Využití odpadního tepla z kogenerace

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30 Bis zu 500 kg/d Biomethan Vorstellung des ersten Biomethantraktors Anfang 2009!!!

31 35 m³/h Biomethan Weitere Infos: Biomethantankstelle Margarethen/Moos

32

33 Liberec 5 autobusů TEDOM C12 G

34 Třebíč 3 autobusy TEDOM C12 G

35 Trutnov (Osnado spol. s r.o., člen ARRIVA) Autobus TEDOM C12 G

36

37 The biomethane fuel in the Bio-Bus comes from the Bristol Sewage Treatment Works in Avonmouth, England. Every year the facility, run by GENeco, treats about 75 million m 3 (19,815 million gal) of wastewater and 31,777 Mg (35,000 tons) of food waste collected from homes, supermarkets, and food manufacturers. Using anaerobic digestion, the facility transforms this waste into 17 million m 3 (4491 million gal) of biomethane, the news release says. The annual wastewater and food waste produced by five people produces enough biomethane for one 300 km (186 mi) bus journey. A bioscrubber and activated-carbon filters are used to remove impurities such as carbon dioxide and other gases. Propane is added to the biomethane to enrich the gas so it meets the quality and calorific value of natural gas.