Активоване вугілля для очищення біогазу
Біогаз – це відновлюване джерело енергії, яке утворюється внаслідок анаеробного зброджування органічних відходів (гною, сільськогосподарських залишків, харчових відходів, осаду стічних вод тощо).
Основні компоненти біогазу:
🔹 Метан (CH₄) – 50-70%
🔹 Вуглекислий газ (CO₂) – 30-45%
🔹 Сірководень (H₂S) – 0,005-2%
🔹 Кисень (O₂) та азот (N₂) – 1-5%
🔹 Силоксани, аміак, волога та інші домішки
🚨 Чому біогаз потрібно очищати?
Неочищений біогаз містить домішки, що можуть пошкоджувати обладнання та знижувати ефективність його використання. Зокрема:
✅ Сірководень (H₂S) – спричиняє корозію трубопроводів та двигунів, отруює каталізатори.
✅ Силоксани – утворюють твердий кремнезем (SiO₂), що відкладається у газових двигунах, турбінах та котлах.
✅ Волога – може призводити до конденсації агресивних кислот і пошкоджень систем.
Очищення біогазу дозволяє ефективніше використовувати його в енергетиці та промисловості.
Методи очищення біогазу
Основні технології очищення біогазу включають:
1️⃣ Фізичні методи – охолодження, конденсація, мембранна фільтрація
2️⃣ Хімічні методи – абсорбція у рідинах, окислення, адсорбція
3️⃣ Біологічні методи – біофільтри, мікроорганізми для видалення H₂S
4️⃣ Адсорбція на активованому вугіллі – найефективніший метод для видалення H₂S, силоксанів та органічних сполук
Анаеробне зброджування є однією з технологій виробництва відновлюваної енергії та є важливою частиною нашого виробництва енергії в майбутньому.
На відміну від природного газу з концентрацією метану від 85% до 98% і концентрацією інертного газу до 11%, біогаз містить середню концентрацію метану лише 60% і близько 35% CO2. Вміст пари змінюється в широкому діапазоні залежно від джерела, як і вміст сірководню.
Вимоги до очищення природного газу та біогазу багато в чому схожі, але через різний склад газів є деякі
спеціальні вимоги, яких необхідно дотримуватися при обробці біогазу.
Сірководень необхідно видалити, щоб уникнути корозії частин установки. Видалення також захищає каталізатори, які використовуються, від впливу сполук, що містять сірку, і подальшої дезактивації.
Силоксани — ще одна група речовин, які містяться лише в біогазі, а не в природному газі. Поява силоксанів часто виявляється при переробці міських відходів, відпрацьованих жирів, а також на очисних спорудах.
Активоване вугілля для очищення біогазу
Активоване вугілля – це високопористий адсорбент, який ефективно видаляє газові забруднювачі завдяки своїй великій питомій поверхні (1000-1100 м²/г).
🔹 Основні характеристики активованого вугілля Desorex® G50:
✅ Імпрегноване лужними агентами для ефективного поглинання H₂S
✅ Оптимальна структура пір, що забезпечує максимальну адсорбцію
✅ Дуже висока міцність (твердість >95%) – довгий термін служби
✅ Стійкість до кислот і лугів
✅ Низька зольність (<12%)
✅ Висока температура займання
📌 Фракція: гранули E4 (4 мм)
Видалення сірководню (H₂S) з біогазу
Сірководень – найагресивніша домішка у біогазі, яка може руйнувати металеві деталі та отруювати каталізатори.
Методи видалення H₂S за допомогою активованого вугілля:
1️⃣ Каталітичне окислення (активоване вугілля, імпрегноване йодидом калію)
✅ Реакція:
👉 H₂S + ½ O₂ → S + H₂O
✅ Потрібне достатнє надходження кисню у біогаз
2️⃣ Хемосорбція (активоване вугілля, імпрегноване лугом)
✅ Реакція:
👉 H₂S + 2 NaOH → Na₂S + 2 H₂O
✅ Ефективне навіть при низькому вмісті кисню
3️⃣ Адсорбція на каталітичному активованому вугіллі
✅ Працює при високій вологості (>60%)
✅ Довготривалий ефект, менша частота заміни фільтрів
📌 Рекомендовані марки:
✔ Desorex® K43J – для каталітичного окислення
✔ Desorex® G50 – для хемосорбції
✔ Desorex® G70 – для середовищ з високою вологістю
|
Вугілля імпрегноване KI (йодид калію)
Наявність подвійного стехіометричного значення кисню є необхідною умовою для реалізації перетворення сірководню в елементарну сірку.
Передумовою для високого завантаження елементарної сірки є достатнє змішування. Нагрівання газу необхідне, якщо відносна вологість перевищує 70%%.
Перетворення H2S і меркаптанів в елементарну сірку відбувається всередині порової структури через каталітичне окислення. У цьому випадку ми рекомендуємо використовувати активоване вугілля, імпрегноване йодидом калію, наприклад, наш Desorex® K43J.
H2S + ½ O2 kataly.KJ S + H2 O
2 CH3-CH2-SH + ½ O2 kataly.KJ CH3-CH2-S-S-CH2-CH3 + H2O
Потреба в кисні
- Оптимальна норма між H2S / O2
=> Коефіцієнт 1,7-кратного стехіометричного значення
- У разі переривання потоку повітря відбувається незворотне пошкодження шару вугілля
- Це пошкодження не може бути усунене шляхом подачі додаткового повітря.
Вугілля з лужною імпрегнацією
Використання активованого вугілля, імпрегнованого лугом, також може здійснюватися при дуже високій та дуже низькій відносній вологості газу, що очищається, без значного зниження ефективності.
Видалення H2S є хемосорбційним процесом, який описується наступним рівнянням з використанням каустичної соди:
H2S + 2 NaOH Na2S + 2 H2O
Легко побачити, що каустична сода використовується для нейтралізації кислого сірководню. Адсорбційна здатність обмежена кількістю NaOH, яка також реагує з усіма іншими кислотними компонентами, присутніми в обробленому газі.
Меркаптани перетворюються на їх натрієві солі згідно з наступним рівнянням:
R-SH + NaOH R-SNa + H2O
Крім того, активоване вугілля, просочене лугом, напр. наш Desorex® G50 менш чутливий до нижчих концентрацій кисню в газі, який очищається, порівняно з іншими видами просоченого активованого вугілля.
Активоване вугілля, імпрегноване лужноземельними карбонатами
Особливо в біогазових установках зі значно вищою вологістю газу > 50%, використання активного вугілля, імпрегнованого лужноземельними карбонатами, напр. наш Desorex® K 43 BG є чудовим рішенням.
Цей продукт є дуже хорошою альтернативою для біогазових установок без попереднього сушіння, в яких не можна використовувати активоване вугілля, імпрегноване йодидом калію.
Перетворення сірководню подібне до перетворення активованого вугілля, імпрегнованого лугом.
Каталітичне активоване вугілля
Висока адсорбційна здатність абсолютно необхідна для дуже маленьких фільтрів з активованим вугіллям, щоб час адсорбції між інтервалами зміни був якомога довшим.
|
||||||||||||||||||||||||||
Активоване вугілля, отримане шляхом спеціальної активації з вираженими каталітичними властивостями, напр. наш Desorex® G 70 демонструє чудове видалення сірководню при вищій вологості газу > 60% порівняно з іншими марками активованого вугілля.
Завдяки своїм позитивним характеристикам використання цього продукту забезпечує якість на додаток до дуже тривалого терміну служби, високих інтервалів обслуговування та зниження витрат на утилізацію.
Видалення кремнійорганічних сполук
Крім силіконів, силоксани також належать до кремнійорганічних сполук. Силоксани є синтетичними компонентами і не зустрічаються в природі.
Надходження такого роду домішок до біогазових установок є результатом обробки стічних вод, які містять силоксани, виділені з косметики та миючих засобів. Міські відходи та жири, які використовуються як коферменти, також містять силоксани.
Як наслідок, силоксани не зустрічаються в рослинах, які працюють виключно з біомасою, що походить із сільськогосподарського виробництва.
При горінні силоксанів накопичується дрібнокристалічний SiO2. Він відкладається на циліндрах і клапанах двигунів внутрішнього згоряння ТЕС, що призводить до пошкодження через посилене стирання..
|
Відкладення кремнезему в циліндрі та вентилі установки
Пілотна установка Donau Carbon була використана для проведення тесту на адсорбцію силоксанів, який показав, що силоксани легко можна видалити з біогазу активованим вугіллям.
Видалення за допомогою активованого вугілля – відносно дешева дія – дозволяє уникнути пошкодження, спричиненого силоксанами, і призводить до більш тривалого життєвого циклу двигунів внутрішнього згоряння, чого в іншому випадку можна досягти лише частішою заміною мастильних матеріалів, забруднених SiO2..
Видалення силоксанів із біогазу
🔹 Силоксани – це синтетичні органічні сполуки кремнію, що містяться у:
✔ Косметичних засобах
✔ Побутовій хімії
✔ Міських відходах
🔹 При спалюванні біогазу силоксани утворюють твердий SiO₂ (кремнезем), який накопичується у:
⚠ Газових двигунах
⚠ Турбінах
⚠ Теплообмінниках
Метод очищення
✅ Адсорбція на активованому вугіллі – ефективний і економічний спосіб видалення силоксанів.
📌 Рекомендовані марки:
✔ Desorex® G70 – для високої вологості
✔ Desorex® K43BG – для систем без попереднього осушення
Оптимальні умови роботи активованого вугілля
📌 Температура газу: 10-70°C
📌 Вологість:
✔ < 60% – каталітичне вугілля
✔ > 50% – лужноземельне імпрегнування
📌 Швидкість потоку газу: 0,05 – 5 м/с
📌 Час контакту з вугіллям: 0,5 – 5 секунд
Переваги очищення біогазу активованим вугіллям
✅ Висока ефективність адсорбції H₂S, силоксанів, органічних сполук
✅ Захист обладнання – запобігання корозії та пошкодженням
✅ Зменшення витрат на технічне обслуговування
✅ Подовження терміну служби газових двигунів і турбін
✅ Можливість регенерації активованого вугілля
Очищення біогазу – необхідний процес для його ефективного використання.
🌍 Переваги очищеного біогазу:
✔ Збільшення вмісту метану
✔ Захист обладнання від пошкоджень
✔ Підвищення ефективності роботи біогазових установок