Biogáz Biometán vagy bioföldgáz: Bio-CNG

Átírás

1 Biogáz tisztítás

2 A biogáz metán (60-65% CH 4 ) és széndioxid (30-35% CO 2 ) keverékéből álló gáz, mely kommunális szennyvíziszap, állati trágyák és mezőgazdasági maradékok fermentációja során termelődik

3 Fogalmak Biogáz: Szénhidrát-, illetve cellulóz- tartalmú, valamint fehérjéket és zsírokat tartalmazó szerves hulladékok anaerob szervezetek hatására végbemenő bomlásának gáznemű, rendszerint éghető terméke, amely ammónia, kén-hidrogén, szénmonoxid és széndioxid mellett legnagyobbrészt metánból áll; Biometán vagy bioföldgáz: Földgáz minőségűre tisztított biogáz. Bio-CNG (Bio-Compressed Natural Gas): a biogáz tisztításával és komprimálásával előállított, üzemanyag minőségű éghető gáz.

4 Biogáz felhasználási lehetőségei

5 Biogázok jellemzői Decentralizált energiaforrások; A földgáznál jelentősen kisebb az energiatartalmuk; Összetételük nem felel meg a közszolgáltatású földgázokénak; Jelentős mennyiségben tartalmazhatnak inert komponenseket (N 2, CO 2 ); A depóniagázokban kis mennyiségben oxigén is előfordulhat (kockázati faktor); Kis mennyiségben tartalmaznak egyéb, általában nem kívánatos komponenseket (H 2 S, NH 3, halogén vegyületek, sziloxánok, stb.) Összetételük és a képződés mennyisége időben változó lehet; Atmoszférikushoz közeli, kis nyomáson képződnek.

6 Különböző forrásból származó földgázok és biogázok jellemzői

7 Előírt értékek biogázok gépjármű üzemanyagként történő felhasználásához Franciaország Svájc Svédország Harmatpont C 5 -kal alacsonyabb, mint a legalacsonyabb környezeti hőmérséklet Víztartalom max. mg/nm Metán min. térf % Szén-dioxid max. térf % 3 Oxigén max. térf % 3,5 0,5 1 CO 2 +O 2 +N 2 max. térf % Hidrogén max. térf % 0,5 Kén-hidrogén max mg/nm Összes kén mg/nm 3 14,3 Halogénezett szénhidrogének mg/m 3 1 0

8 A biogáz előnyei Megújuló energia termelhető belőle; Tárolható; Sokféle alapanyagból előállítható; Akár földgáz minőségűre tisztítható; Törvényi kötelezettség vonatkozik a megfelelő minőségű biogázok földgázhálózati betáplálásának engedélyezésére; A vezetékek, szerelvények és tüzelőberendezések helyes anyag-megválasztásával a káros hatások kiküszöbölhetők; Bizonyos minőség mellett földgázra beszabályozott berendezésekben is eltüzelhető.

9 A biogáz szennyezőinek veszélyei Szennyezőanyag CO 2 N 2 H 2 O 2 H 2 S NH 3 Veszély csökkenti az égéshőt, rontja a gyulladási paramétereket, elősegíti a korróziót, vízzel szénsavat képez csökkenti az égéshőt, rontja a gyulladási paramétereket lángterjedési sebessége miatt kockázat a tüzelőberendezésekben nedves környezetben korrozív korróziót okoz, elégetéskor SO 2 emisszió, az égéstermék víztartalmával kénessavat alkot rontja a gyulladási paramétereket; NO x emisszió eltüzeléskor, az égéstermék víztartalmával ammóniumiont és hidroxidiont képez

10 A biogáz szennyezőinek veszélyei CO Halogénelemek (Cl és F ) BTX (aromás szénhidrogének, mint a benzol, toluol és a xilol) erős vérméreg, erős redukáló hatású fémekkel sószerű vegyületekké egyesülnek, az égéstermék víztartalmával savat képeznek erős korrózió műanyag vezetékekben és berendezésekben Sziloxánok elősegítik a gázmotorok és gázturbinák intenzív kopását H 2 O Por Szerves mikroorganizmusok elősegíti a korróziót, fagyveszélyes eltömíti a fúvókákat biokorróziót okozhatnak PAHs (poliaromás szénhidrogének) mérgező, rákkeltő anyagok, károsítják a PE vezetékeket, elégetésükkor korom képződik

11 Tisztítási igény A biogáz tisztítási igénye a következő felhasználási sorrend szerint fokozódik: eltüzelés kazánban (H 2 S leválasztása, vízmentesítés), eltüzelés gázmotorban vagy mikroturbinában (H 2 S és sziloxánok leválasztása, vízmentesítés), felhasználás tüzelőanyag-cellában (H 2 S, halogének, sziloxánok és CO 2 leválasztása, vízmentesítés), betáplálás a földgázhálózatba (H 2 S, halogének, sziloxánok, CO 2 és NH 3 leválasztása, vízmentesítés), vagy gépjármű üzemanyagként történő felhasználás.

12 A biogáz tisztítás lehetséges eljárásai Biológiai gáztisztítás Adszorpció Abszorpció Kondenzáció Membrán szeparáció Kémiai-oxidatív mosás

13 Biológiai gáztisztítás az1920-as években kezdték el kifejleszteni fő módszerek: bioszűrő (biofilter) bioreaktor (csepegtetőtest) biomosó membrános bioreaktor

14 bioszűrő szerves töltőanyag biztosítja a mikroorganizmusok tápanyagellátását, nincs mozgó folyékony fázis bioreaktor és a biomosó mozgó folyékony fázis: a mikroorganizmusok tápanyagellátását szolgálja a szennyező anyagok átviteli fázisa a gázból a mikroorganizmusokra

15 Biológiai gáztisztítás Technológia Mozgó fázis Töltőanyag Aktív biomassza Bioszűrő gáz szerves fix (rögzített) Bioreaktor folyadék és gáz szintetikus fix (rögzített) Biomosó folyadék és gáz diszperz

16 Bioszűrő 1. tisztítandó gáz keresztülhalad egy szerves anyagból álló szűrőágyon alapjaként gyakran komposztot, tőzeget, korhadt fát, fakérget, faforgácsot és ezek kombinációit alkalmazzák nincs mozgó folyékony fázis megfelelő a vízben rosszul oldódó- és az alacsony diffúziójú szennyező anyagok kezeléséhez

17 Bioszűrő 2. Hátránya: a szűrőágy komplex szerves töltőanyaga gátló reakciótermékek szűrő folyamatos cserére szorul a szerves szűrőágy tápanyag-utánpótlásként és az aktív biomassza hordozóanyagaként is szolgál Szűrőanyagként komposztot, talajt, rőzsét, szénát, tőzeget, fakérget, fanyesedéket, gyökérnyesedéket, kukoricacsutkát, szőlőmagot, fűrészport, szárított szennyvíziszapot, stb. alkalmaznak

18 Bioszűrő 3. Fontos paraméterek: nedvességtartalom hőmérséklet nyomás a szűrőágy nedvességtartalma: nem lehet túl alacsony, mivel a mikroorganizmusok élettevékenységéhez a víz nélkülözhetetlen nem lehet túl magas sem, mert komoly problémákat okozhat a megfelelő nedvességtartalom 20 és 80% között van

19 Bioszűrő 4. A szűrőágy hőmérséklete az optimális hőmérséklet megfelel a mezofil hőmérsékletének, ami kb. 30 C A nyomáscsökkenés a szűrőn áthaladó gázfázis okozza költségek; függ a szűrőágy nedvességtartamától; függ a szűrőágy jellegétől: legnagyobb nyomás: a talaj komposzt, tőzeg, fakéreg

20 Bioszűrő 5.

21 Bioreaktor 1. szintetikus töltőanyag ezen rögzülnek a mikroorganizmusok és biofilm nő felülről lefelé áramlik a víz, a szerves szennyezést tartalmazó gáz pedig általában ezzel ellenáramban a szennyeződések a folyékony fázisba, majd a biofilm felületére kerülnek és ott biológiailag oxidálódnak.

22 Bioreaktor 2. ugyanolyan előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik, mint a biomosó hátránya még, hogy a biofilm a szintetikus töltőanyag felületén fejlődik, és ez a mikrobák növekedését fokozatosan csökkenti csökken az üres térfogat nagyobb nyomásesés a szűrő teljes eltömődése.

23 Permetezett bioreaktor

24 Biomosó 1. a nedves gáztisztítás és biológiai lebontás olyan kombinációja, ahol a mosófolyadék a káros gázkomponenst oxidáló mikrobakultúrát tartalmaz, így alkalmazhatóságának feltételei: az eltávolítandó gázkomponens kimosható legyen a kimosott komponens aerob úton bomoljon le. a szennyeződött gázt feloldják a folyékony fázisban Akkor alkalmazható, ha a szennyező gázokat vízben oldani lehet hátránya: kétlépéses eljárás szükség van a gázszennyezők feloldására a vizes fázisban, de a legtöbb szennyező gáz nem oldható vízben

25 Biomosó 2.

26 Biomosó 3.

27 Biomosó 4. a.) abszorber b.) eleveniszap keringetés c.) eleveniszapos levegőztető tartály

28 Biomosó 5.

29 Membrán bioreaktor

30 Kén-hidrogén (H 2 S) leválasztása biogázból Helyi kéntelenítés Kéntelenítés biomosással Kéntelenítés kémiai-oxidatív mosással Kéntelenítés adszorpcióval

31 Helyi kéntelenítés: Szulfid eltávolítás fémsók (vas klorid és vas szulfát) beadagolása a fermentorba vagy a szubsztrát előkeverő tartályba ammónia is eltávolításra kerül olcsó eljárás, külön beruházási költséggel nem jár kéntelenítés hatékonysága kevésbé kontrollálható

32 Kéntelenítés biológiai mosással oxigénre van szükség kén hidrogén eltávolítása oxidációval mikroorganizmusok révén a vízzé és elemi kénné (vagy kénessavvá) átalakított gáz összetevők a torony mosószennyvízével együtt távoznak kis beruházási költség kis üzemeltetési költség magas vagy ingadozó kén hidrogén tartalom esetén nem jó

33 H 2 S leválasztása biomosóban

34 Kéntelenítés kémiai oxidatív mosás kén hidrogén abszorpció maró hatású oldószerben (NaOH) Oxidálószerrel növelhető a H 2 S szelektivitás a CO 2 -vel szemben Oxidálószer pl: H 2 O 2 magas vagy ingadozó kén hidrogén tartalom esetén is alkalmazható

35 Kéntelenítés fémoxidos vagy aktív szenes adszorpcióval fémoxid (vasoxid, cinkoxid, rézoxid) adszorbens esetén a kén kötött fémszulfid formába kerül és közben vízgőz is felszabadul; aktív szénen történő adszorpció esetén kis mennyiségű oxigén hozzáadására van szükség, hogy a kén hidrogén katalitikus úton elemi kénné alakulhasson, és erősebben kötődjön meg a felszínen

36 H 2 S leválasztása adszorberben

37 Szén-dioxid (CO 2 ) leválasztása biogázból Fizikai abszorpció (vizes, szerves oldószeres) Kémiai abszorpció: aminos mosás Nyomásváltásos adszorpció Membrán technológia

38 Fizikai abszorpció: Nagynyomású vizes mosás szén dioxid vízben jobban oldódik, mint a metán, különösen alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson regenerálás gyors nyomáscsökkentéssel (deszorpció)

39 Szerves fizikai abszorpció Víz helyett szerves oldószert (pl. polietilén glikolt) alkalmaznak jobb szén-dioxid oldhatóság, kisebb oldószer szükséglet, és kisebb berendezés méret

40 Kémiai abszorpció: aminos mosás Abszorbens: MEA, DEA, MDEA üzemeltetési nyomása alacsonyabb, mint a nagynyomású vizes mosóké A felhasznált aminos oldatot 160 C ra melegítik, ahol a szén dioxid nagy része eltávozik a regenerációs toronyból A melegítés a folyamat során keletkező hővel megoldható.

41 Nyomásváltásos adszorpció (PSA) Adszorbens: aktív szén, zeolit magas nyomású adszorpció Regenerálás fokozatos nyomáscsökkentéssel Folyamatos üzem több párhuzamosan kapcsolt adszorberrel

42 Membrán technológia: Gázpermeáció Az alkalmazott membránok áteresztik a széndioxidot, a vizet és az ammóniát; A kén hidrogén, az oxigén és a nitrogén csak kis mértékben képes áthatolni a membránon; a metán csak igen kis mennyiségben; alkalmazott membránok: különböző polimer anyagok (poliszulfon, poliamid, polidimetilsziloxán; üreges szálas membrán modulok.

43 Membrán technológia: Gázpermeáció

44 Biogáz víztelenítés Kondenzáció Abszorpció (glikolos) Adszorpció

45 Villamos energia kihozatali példa Dél-pesti szennyvíztisztító telep Bővítés előtt : 4db mezofil reaktor üzemel 16t/d szerves anyag betáplálás: ~ 6400 Nm 3 /d biogáz termelődés 1db gázmotor (500 kwel) üzemel ~ kwh/d áram Bővítés: +1db 2000 m3-es termofil reaktor 28t/nap szerv. anyag betáplálás: ~13700 Nm3/d biogáz +1db gázmotor (803 kwel) ~ kwh/d áram, illetve MWh/év elektromos áram termelés A biogáz átlagos fűtőértéke 22,5 MJ/m3, metán-tartalma %.