Online Electric

The way of the combined purification of biogas to biomethane state - a renewable energy source for fueling vehicles. A special feature of this article is designed setup of combined biogas purification technology and calculation of the absorption column. The authors draw conclusions about the relevance of the application of the proposed technology in production.

Key words: Alternative fuels, biogas, biomethane, biogas purification, absorber, vehicle refueling.

Рост потребления нефти, особенно в Юго-Азиатском регионе (в Китае, Индии и т.д.) значительно опережает возможности добычи ОПЕК и других крупных производителей, и истощение нефтяных запасов во многих странах мира, все это движет цену на нефть вверх высокими темпами.

Российские нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) по производству моторного топлива работают на пределе своих возможностей. Активный рост количества автомобильного транспорта, недостаток мощностей НПЗ по производству моторного топлива, все это приближает ситуацию в России к возможному дефициту и резкому увеличению цен на бензин и дизельное топливо в ближайшие годы.

Единственным путем по предотвращению топливного кризиса, по которому уже пошли многие страны, является переход на альтернативное газомоторное топливо.

Из многообразия применяемого в мире газомоторного автомобильного топлива (метан, пропан-бутан, биогаз, демитил-эфир, водород и т.д.) наибольшее распространение получила пропан-бутановая смесь (ПБС) и метан. Учитывая, что ПБС в основном это продукт переработки нефти, то цена, в конечном счете, будет следовать за ценой на нефть. Применение других альтернатив по разным аспектам в обозримой перспективе является не конкурентоспособным. Отсюда вывод, что в ближайшие несколько десятилетий единственно приемлемой альтернативой бензину будет метан в компримированном и сжиженном состоянии.

Метан в три раза дешевле бензина и дизтоплива, причем по производительности один кубометр газа приравнивается к одному литру жидкого топлива. Стоимость переоборудования одной единицы техники под метан колеблется от 50 до 170 тыс. рублей. Эти расходы окупаются в срок от 5 месяцев до года.

Альтернативой природному газу является биогаз. Применение биогаза как продукта переработки органических отходов возможно в двух направлениях: для сжигания при дальнейшем получении тепловой и (или) электрической энергии, а также для использования в качестве заправочного топлива на автотранспорте. Если в первом случае отклонение основных параметров газа от установленных норм не в значительной степени влияет на работу энергетических установок, то использование биогаза для заправки автомобилей, тракторов и другой техники подразумевает более строгие требования к качеству и составу газа. В виду этого биогаз необходимо очищать от примесей.

На рис. 1 предложена схема установки комбинированной очистки биогаза, предназначенная для обогащения биогаза до состояния биометана (90-95 % метана).

Рис. 1. Схема установки комбинированной очистки биогаза

Установка работает следующим образом (заявка на патент № 2013100384 «Способ комбинированной очистки биогаза», от 09 января 2013 г.).

Предварительно сжатый исходный биогаз с содержанием диоксида углерода 30 ч 50 % и насыщенный влагой подают в абсорбер 1, где в результате избыточного давления, необходимого для технологического процесса, и промывки биогаза водой происходит растворение диоксида углерода в воде. Посредством избыточного давления вода с растворенной двуокисью углерода поступает в рекуперативный теплообменник 2, затем в водонагреватель 3, где подогревается до температуры, необходимой для регенерации воды, и распыляется в десорбере 4. В десорбере 4 поддерживается давление на уровне 3 ч 11 кПа (изб.). Под действием перепада давления и температуры происходит десорбция диоксида углерода из воды. Далее производят глубокую очистку и осушку диоксида углерода в адсорберах 12 и 13, работающих попеременно.

Отрегенерированную воду перекачивают насосом 5 в рекуперативный теплообменник 2, далее в теплообменник 6, где воду охлаждают до 15 + 20 °С и направляют в промежуточную емкость 7, откуда охлажденную воду подают насосом 8 в абсорбер.

Очищенный от диоксида углерода в абсорбере 1 биогаз подают в сепаратор 9, где в результате дросселирования происходит частичная конденсация влаги, таким образом, снижается нагрузка для адсорберов 10 и 11. После сепаратора 9 биогаз поступает на глубокую очистку и осушку до состояния биометана (90 + 97 % метана) в адсорберы 10 и 11, работающие попеременно.

Когда один из адсорберов, например 10 (либо 12), находится в режиме глубокой очистки и осушки газа, то второй адсорбер 11 (либо 13) находится в режиме регенерации адсорбента. Затем через определенное время отрегенерированный адсорбер переводят в режим глубокой очистки и осушки газа, а насыщенный адсорбент - в режим регенерации.

Рассчитаем основной элемент схемы установки комбинированной очистки биогаза - противо-точный абсорбер насадочного типа для поглощения водой диоксида углерода из биогаза.

Исходные данные. Состав поступающей смеси: СО₂=40 %; СН4=60 %. Расход газа на входе в абсорбер 1,12 кмоль/ч (25 м7ч). Давление процесса 1,0 МПа. На орошение подаётся вода с температурой 20 °С. Требуемая степень извлечения диоксида углерода 90 %.

Одновременно с диоксидом углерода в абсорбере также растворяются сероводород, меркаптаны, аммиак, пыль. Эти вещества после понижения давления воды удаляются из системы. Еще одним преимуществом этой технологии является высокая гибкость – в зависимости от содержания СО₂ в сыром газе можно регулировать давление, температуру и производительность установки (от 40 до 100 %). Наряду с этим в качестве плюсов следует отметить непрерывную и полностью автоматическую эксплуатацию, легкость техобслуживания, а также использование в качестве сорбента воду (неограниченная доступность, не опасная, низкая стоимость).

Литература

1. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): учеб. пособие. М.: Альфа-М, 2008. 720 с.
2. Юсупов Д.Р., Холбаев Д.Ж., Самадов Э. Электрохимическая активация водных сред online-electric.ru/articles.php?id=113