METODY WZBOGACANIA I
OCZYSZCZANIA BIOGAZU
Kowalik Karolina
Kwasek Agnieszka
Szostak Dominik
METODY WZBOGACANIA I
OCZYSZCZANIA BIOGAZU
Kowalik Karolina
Kwasek Agnieszka
Szostak Dominik
WIADOMOŚCI WSTEPNE
Nowelizacja Prawa Energetycznego, która weszła w życie dnia 11
marca 2010 roku, (Art. 3 pkt. 20a), definiuje biogaz rolniczy,
jako: paliwo gazowe otrzymywane z surowców rolniczych, produktów
ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych,
produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolno-spożywczego
lub biomasy leśnej w procesie fermentacji metanowej.
Definicja biogazu wprowadzona na potrzeby rozliczania energii
wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii, zgodne z dyrektywą
2001/77/WE, zawarta jest w rozporządzeniu ministra gospodarki z dnia
19 grudnia 2005r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków
uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia,
uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła
wytworzonych w odnawialnych źródłach energii (Dz. U. Nr 261, poz.
2187, z późn. zm.). Definicja ta mówi, że:
Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z
instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych,
oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.
SKŁAD BIOGAZU
Nieoczyszczony biogaz składa się w ok. 65% (w granicach
50-75%) z metanu i w 35% z dwutlenku węgla oraz
domieszki innych gazów (np. siarkowodoru, tlenku węgla),
jego wartość opałowa waha się w granicach 17-27
MJ/m
3
(Megadżuli na metr sześcienny biogazu, w warunkach
normalnych) i zależy głównie od zawartości metanu.
SKŁADNIKI
%
Metan CH4
55-75
Dwutlenek
węgla CO2
25-45
Azot N2
0-0,3
Wodór H2
1-5
Siarkowodór
H2S
0-3
Tlen O2
0,1-0,5
WYTWARZANIE BIOGAZU
Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie, stąd
nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy
odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory
fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów
odbywa się w stałych temperaturach 33-37 °C dla bakterii
metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70 °C dla bakterii termofilnych
oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o
powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu
roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton.
Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach
fermentacyjnych biogazowni. Najczęściej fermentacja zachodzi w nich w
temperaturze 30-40 stopni (fermentacja mezofilna)
Biogaz powstaje również w sposób naturalny np. na torfowiskach (głównie
z celulozy), nazywamy go wtedy gazem błotnym lub gazem gnilnym.
Czasami biogaz określa się jako agrogaz, zwłaszcza jeżeli uzyskujemy go
z gnojowicy lub obornika. Z 1m3 gnojowicy można uzyskać w przybliżeniu
20m3 biogazu, natomiast z 1m3 obornika nawet 30m3. Pozostałość po
fermentacji stanowi cenny nawóz.
METODY WZBOGACANIA I OCZYSZCZANIA
BIOGAZU
Technologia przekształcenia biogazu w gaz
ziemny opałowy wymaga przeprowadzenia
następujących operacji:
wzbogacenia, polegającego na usunięciu CO
2
,
oczyszczenia ze śladowych zanieczyszczeń,
osuszanie,
desulfuryzacja, czyli usunięcie związków
siarki, głównie siarkowodoru,
dezodoryzacja.
Wśród metod wzbogacania biogazu poprzez
usuwanie z niego CO
2
można wyróżnić
następujące metody fizykochemiczne:
Absorpcja
Polegająca na wypłukiwaniu zimną wodą CO
2
, w której
się on ( podobnie jak i H
2
S ) bardzo dobrze rozpuszcza,
w przeciwieństwie do CH
4
. Proces ten przeprowadza
się w skruberach, kolumnach absorpcyjnych,
płuczkach lub gazowo-wodnych cyklonach. Optymalne
warunki to:
p=1,0 ÷ 1,2 MpA
t= około 20 ºC
Poprzez ogrzanie wody odzyskuje się CO
2
a wodę po
schłodzeniu zwraca się do procesu.
Ciśnieniowa absorpcja umożliwia uzyskanie gazu o
zawartości CH
4
powyżej 96% przy wilgotności 100%.
Chemisorpcja
Przebiega jak absorpcja, ale zamiast wody
stosuje się roztwory związków chemicznych
( aminy, KOH, NaOH ).
Adsorpcja
Polega na pochłanianiu na powierzchni złoża o
dobrze rozwiniętej powierzchni ( ziemia
okrzemowa, węgiel aktywny ). Złoże
regeneruje się parą wodną lub przedmuchując
je powietrzem.
Membranowa separacja
Umożliwia, przez odpowiednie dobranie
materiału membrany i ciśnienia, oddzielenie
CO
2
od CH
4
. Ze względu na koszty metoda ta
może być stosowana od wydajności biogazu
powyżej 500 m
3
/h.
Badawcza instalacja membranowa do oczyszczania biogazu rolniczego.
Wykraplanie
Które przy ciśnieniu 20 MPa prowadzi do
skroplenia biogazu. W stanie ciekłym na sitach
molekularnych usuwa się z niego siarkowodór,
a następnie kieruje do kolumny
rektyfikacyjnej. Przy ciśnieniu 5 MPa najpierw
oddestylowuje CH
4
, którego temperatura
wrzenia wynosi -80ºC, a następnie CO
2
w
temperaturze t
w
= 15 ºC.
Oczyszczanie ze śladowych
zanieczyszczeń
Zachodzi jednocześnie podczas usuwania CO
2
,
które osadzają się na złożu adsorpcyjnym lub
są wypłukiwane przez płyn absorpcyjny.
Osuszanie
Osuszanie biogazu odbywa się jednocześnie z
jego odpylaniem w trakcie usuwania CO
2
metodami suchymi. W przypadku jednak
stosowania metod mokrych, w których
usuwanie pyłu zachodzi nadal, wilgoci w
biogazie przybywa. Do jej usuwania można
zastosować filtry z pochłaniaczami wody,
cyklony, separatory, wychładzacie,
kondensatory oraz inne rozwiązania.
Desulfuryzacja
Polega na usuwaniu związków siarki, głównie H
2
S, którego zawartość zależy od
rodzaju fermentowanych substratów. Z biomasy pochodzenia roślinnego
wydzielają się pomijalnie małe ilości C, z odchodów kurzych – do 0,5% a przy
fermentacji odpadów białkowych i melas sięga do 3%. Małe ilości
siarkowodoru rozpuszczają się w wodzie, dlatego usuwa się go
jednocześnie z CO
2
w metodach mokrych. Większe ilości wymagają
stosowania metod ze złożem stałym ( Fe
2
O
3
, węgiel aktywny, sito
molekularne, ziemia darniowa ) z roztworem alkalicznym, a także metod
bakteryjnych lub chemicznych typu redox np.:Biosulfex. Ta ostatnia
metoda jest wykorzystywana w oczyszczalniach ścieków w:
Mińsku Mazowieckim od 1993 roku do odsiarczania 50 m
3
/ h biogazu o
zawartości około 1% H
2
S przy sprawności 98%,
Piasecznie od 1995 roku:
40 m
3
/ h, 2,1% H
2
S, η= 98%,
Puławach od 1999 roku:
200 m
3
/ h, 2,0% H
2
S, η= 99,8%.
Koszty odsiarczania w tej metodzie wynoszą 0,01 PLN/ m
3
biogazu, a
trwałość katalizatora wynosi 5 lat jego eksploatacji.
Dezodoryzacja
(odwanianie)
Jest bardzo kosztowna, ze względu na
niewielkie stężenie substancji zapachowych,
dlatego jest stosowana jedynie w dużych
instalacjach. Tańsze jest dodawanie środków
zapachowych o większej intensywności.
Przykłady
zakładów
wzbogacania oraz
oczyszczania
biogazu.
W Szwajcarii od 1995 roku w ramach projektów
Kompo – Mobil I zbudowano zakład
oczyszczania i wzbogacania biogazu o
wydajności 12m
3
/h oraz Kompo – Mobil II o
przerobie 26m
3
/h o mniejszym zużyciu energii
oczyszczania o 8%, zawartości 96 ÷ 98% CH
4
,
braku H
2
S oraz punkcie rosy –65ºC. Koszty
instalacji wyniosły 450 000 EURO. Średnia
cena wyprodukowanego w ciągu roku (4500 h)
gazu wynosiła 0,68 EURO/kWh i jest
porównywalna do ceny 0,61 EURO/ dm
3
benzyny.
Podobne prace nad uzyskaniem oczyszczonego
oraz wzbogaconego biogazu są prowadzone w
Niemczech. Biogazownie przy oczyszczalni
ścieków w Stuttgarcie- Mühlhausen ( od 7 lat )
i Mönchengladbach – Neuwerk ( od 15 lat )
oraz w doświadczalnej rolniczej biogazowni w
Albersdorfie o wydajności 50 m
3
/h.
W 1992 roku w Szwecji powstała biogazownia w
Laholm do utylizacji 25 000 Gg/a ciekłej
gnojowicy i około 10 000 Gg/a innej biomasy
od około dwudziestu farmerów jak również z
odpadów z piętnastu zakładów przetwórstwa
rolno- spożywczego. Do 2000 roku z biogazu o
zawartości około 70% CH
4
wyprodukowała ona
10 ÷ 15 GW·h/a energii cieplnej dla około 300
domów. Po wybudowaniu oczyszczalni biogazu
w 2003 roku, gaz instalacją gazową trafił do
mieszkań, pokrywając w 30%
zapotrzebowanie mieszkańców na gaz i
dostarczając im 90 GW·h energii rocznie.
Biogazownia w
Liszkowie
Biogazownia rolni
cza w Nacławiu
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ!