BioLNG - skondensowana dekarbonizacja
wczytywanie wyników...
fot. CNG-LNG.pl
fot. CNG-LNG.plOczyszczalnia ścieków w Tychach Konsumpcja - napędza produkcję odpadów
Ogromny wzrost konsumpcji na świecie powoduje, że środowisko naturalne jest degradowane w niespotykanym dotąd tempie. Działalność ludzka jest okupiona produkcją ogromnej liczby odpadów. Na szczęście w ostatnim czasie modne staje się hasło gospodarki o obiegu zamkniętym.
Polega ona na takim organizowaniu życia i różnego rodzaju procesów wytwórczych, by powstające odpady były surowcami dla innych działań. W ten sposób w maksymalny sposób można ograniczyć ilość odpadów oraz zużycie różnego rodzaju surowców i paliw kopalnych.
Jednym ze sposobów na prowadzenie gospodarki o obiegu zamkniętym jest odpowiednia gospodarka odpadami. Te, które są odpadami pochodzenia organicznego w naturalny sposób mogą służyć do wytwarzania różnego rodzaju energii z powstającego z nich biogazu. Po uzdatnieniu może on być także zatłaczany do sieci gazowej czy też używany jako paliwo metanowe stosowane w transporcie.
fot. gazeo.plZbiornik biogazu w biogazowni w TarnowieBiogaz
Biogaz stanowi mieszaninę różnych gazów wytwarzanych w procesie tzw. fermentacji metanowej. Jego głównymi składnikami są: metan i dwutlenek węgla. Może on także zawierać siarkowodór i wodę w postaci pary wodnej oraz inne gazy w niewielkich ilościach (wodór, tlenek węgla, azot i tlen).
Wodór i tlenek węgla są gazami, które mogą ulec spaleniu lub utlenieniu, co wiąże się z wydzielaniem energii, zatem składniki te nie przeszkadzają w wykorzystaniu biogazu jako paliwa o różnorodnym zastosowaniu. Natomiast siarkowodór i parę wodną należy z biogazu usunąć ponieważ powodują one korozję.
Biogaz o takim składzie (osuszony i pozbawiony siarkowodoru) może być z powodzeniem zastosowany w gospodarstwach domowych do przygotowywania posiłków oraz do skojarzonej produkcji energii cieplnej i elektrycznej w agregatach kogeneracyjnych wyposażonych w silniki spalinowe dostosowane do spalania paliw o niskiej zawartości metanu.
Uważa się jednak, że najbardziej efektywne pod względem energetycznym i środowiskowym jest stosowanie biogazu do napędu silników trakcyjnych w ciężkich pojazdach użytkowych (ciężarowych i autobusach). Jednak takie jego zastosowanie wymaga oprócz oczyszczenia i osuszenia także uzdatnienia biogazu tak, aby zawartość metanu była nie mniejsza niż 96%. Tak przygotowany biogaz to biometan.
Osuszanie biogazu
Podstawową czynnością w produkcji biometanu jest osuszenie biogazu, co czyni się w trakcie schładzania, które prowadzi do kondensacji wody i jej osadzania się w wykraplaczach. Osuszony biogaz jest poddawany dalszym procesom, które mają na celu usunięcie zanieczyszczeń i zwiększenie zawartości metanu, czyli jego uzdatnienie.
fot. Cryo PurSchemat oczyszczania oraz uzdatniania i skraplania biometanu i dwutlenku węgla wg technologii Cryo PurUzdatnianie biogazu
Wytwarzanie biometeanu, poprzez uzdatnianie biogazu, odbywa się różnymi metodami, wśród których można wymienić:
- adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA - Pressure Swing Adsorption),
- absorpcję,
- płuczki (wodne, organiczne i chemiczne),
- techniki membranowe,
- separację kriogeniczną.
Ostatnia metoda (separacja kriogeniczna) wydaje się metodą najbardziej odpowiednią w kontekście zamiany biometanu na bioLNG, który znacznie łatwiej używać w transporcie.
BioLNG, czyli skroplony biometan w odróżnieniu od biometanu w formie gazowej jest paliwem o znacznie wyższej gęstości energii, bowiem zmniejszenie jego objętości w stosunku do formy gazowej jest ponad 600-krotne. Oznacza to znacznie mniejszą objętość paliwa, co w kontekście zabudowy zbiorników w pojeździe, bez utraty zdolności przewozowych, jest niezwykle istotne.
Separacja kriogeniczna
Kriogeniczna metoda separacji substancji zanieczyszczających biogaz wykorzystuje technikę niskich temperatur. Wszystkie składniki biogazu skraplają się w innych zakresach temperatur, co jest wykorzystywane do oddzielania zanieczyszczeń. W ten sposób, przy schładzaniu biogazu, skrapla się dwutlenek węgla. Następuje to przy ciśnieniu 40 barów i w temperaturze -90ºC. Kolejne cykle chłodzenia i sprężania są powtarzane i gaz trafia do kolumny destylacyjnej gdzie następuje jego rozdzielenie na gaz uzdatniony i zanieczyszczenia. Stopniowe schładzanie gazu oddziela także parę wodną od biogazu oraz siloksany (związki krzemu - szczególnie niepożądane w biometanie używanym jako paliwo silnikowe).
Znakomitą zaletą separacji kriogenicznej jest brak konieczności stosowania jakichkolwiek związków chemicznych, co jest bardzo ważne dla środowiska naturalnego.
Rozwiązanie firmy Cryo Pur
Francuska firma Cryo Pur opracowała technologię kriogenicznego uzdatniania biogazu i połączyła ją z technologią skraplania uzdatnionego paliwa jakim jest biometan do postaci bioLNG (ciekły biometan). Technologia firmy Cryo Pur charakteryzuje się niskim zużyciem energii, co pozwala na szerokie jej wykorzystywanie.
Technologia ta została opracowana w ramach projektu BioGNVal, który był aktywnie wspierany przez firmę Suez o czym wspominaliśmy w artykule "LNG - idealne paliwo dla firm komunalnych".
fot. SIADSchemat produkcji bioLNG oraz ciekłego dwutlenku węglaBioLNG
BioLNG to ciekłe paliwo odnawialne, którego objętość jest mniejsza od biometanu w postaci gazowej ponad 600 razy. Ułatwia to jego transport, nawet jeśli ma on być używany w postaci gazowej.
BioLNG z uwagi na gęstość zgromadzonej energii, a co za tym idzie niewielką objętość paliwa jest także znakomitym rozwiązaniem dla transportu. Charakteryzuje się dużą szybkością tankowania, porównywalną z olejem napędowym oraz możliwością uzyskiwanie przez pojazdy sporych zasięgów - do 1 500-1 600 km na jednym tankowaniu.
BioLNG jest także znakomitą propozycją w kontekście ekologicznym w porównaniu z napędem dieslowskim. Ogranicza emisję gazów cieplarnianych o 90% (o 70% tlenków azotu) przy całkowitej eliminacji zawartości cząstek stałych w spalinach.
BioLNG jest także doskonałym rozwiązaniem problemu braku sieci gazowej. W ten sposób produkcja biometanu może być prowadzona praktycznie wszędzie. Przedstawiciele Cryo Pur uważają, że przewóz biometanu w postaci skroplonej jest tańszy niż jego transport w postaci gazowej.
Technologia produkcji bioLNG jest stosunkowo młoda. Do 2014 r. ciekły biometan był produkowany tylko w 4 miejscach w Europie. Wykorzystywano w nich instalacje mające na celu zademonstrowanie ich możliwości i przebadanie zastosowanych rozwiązań przed ich komercjalizacją. Były to jednak rozwiązania oparte na wielu różnych technologiach, co generowało duże koszty i nie pozwalało na ich zastosowanie przy małej skali produkcji biogazu.
Zespół Cryo Pur opracował nową, zintegrowaną technologię, która połączyła proces uzdatniania biogazu z jego skraplaniem. Oba procesy wykorzystują technologie kriogeniczne więc takie połączenie wydaje się bardzo naturalne.
Warto wiedzieć
Procesy kriogenicznego uzdatniania i skraplania biogazu opracowane przez firmę Cryo Pur są wynikiem rozwijanych od 2001 r. prac na ten temat prowadzonych przez dr Denisa Clodica i jego zespół.
Kriogeniczne uzdatnianie biogazu
Uzdatnianie kriogeniczne polega m.in. na oddzieleniu od biogazu dwutlenku węgla CO2. Proces ten odbywa się przy przechodzeniu biogazu przez wymiennik ciepła w temperaturach od -90°C do -120°C. W ten sposób uzyskuje się biometan o odpowiedniej czystości, który można poddać procesowi skraplania. Następuje on w temperaturze -125°C przy ciśnieniu 15 barów. Wykorzystuje się wytworzone już zimno, co minimalizuje zużycie energii w obu procesach (uzdatniania biogazu do biometanu oraz jego skraplania do postaci bioLNG). W nieco wyższych temperaturach (także ujemnych) następuje osuszanie - usuwanie wody oraz lotnych związków organicznych i siloksanów (związków krzemu, które nie mogą znajdować się w biometanie stosowanym jako paliwo silnikowe).
Dodatkową zaletą technologii opracowanej przez firmę Cryo Pur jest wytwarzanie ciekłego dwutlenku węgla (bioCO2), który może mieć także wiele zastosowań (np. w chłodnictwie czy ogrodnictwie). Technologia Cryo Pur może być także z powodzeniem stosowana w celu uzdatniania biogazu zawierającego duże ilości azotu i tlenu, co ma miejsce w przypadku gazu wysypiskowego. Zintegrowana w systemie uzdatniania kolumna destylacyjna pozwala na skuteczne usuwanie tych gazów.
Technologia firmy Cryo Pur była testowana w ramach projektu BioGNVAL finansowanego przez ADEME (Francuską Agencję ds. Środowiska i Zarządzania Energią), zrealizowanego w oczyszczalni ścieków w Valenton, która jest drugą co do wielkości obiektem neutralizującym ścieki z Paryża. W projekcie uczestniczyła także firma Suez zajmującą się gospodarką odpadami. Instalacja pracowała przy przepływie biogazu rzędu 120 m³/h i wytwarzała 1 t bioLNG i 1,6 t bioCO2 dziennie. Potwierdziło spodziewaną wydajność procesu oraz zakładane zużycie energii. Eksploatacja tej próbnej instalacji pozwoliła na opracowanie w pełni automatycznego systemu jej kontrolowania i zapewnienia bezpieczeństwa tak, aby cały system mógł pracować autonomicznie przy zachowaniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa. Tego wymaga komercjalizacja tego projektu.
Surowy biogaz pochodzący z reaktorów metanowych w oczyszczalni w Valenton ma zazwyczaj około 60% metanu i ~ 40% dwutlenku węgla, 2% azotu, 0,5% tlenu oraz 30 ppm siarkowodoru 4,8 mg/m³ lotnych związków organicznych oraz 7 mg/m³ siloksanów.
5 głównych etapów produkcji bioLNG
Uzdatnianie surowego biogazu i jego skraplanie do postaci bioLNG oraz produkcja bioCO2 przebiega w 5 etapach. W pierwszym etapie, w fazie wstępnej, surowy biogaz z reaktorów przechodzi przez filtry z węglem aktywnym, które usuwają siarkowodór (H2S). W drugim etapie biogaz jest schładzany do -40°C. Proces jest powtarzany kilkukrotnie, co powoduje osuszenie, usunięcie lotnych związków organicznych oraz siloksanów. W etapie 3 biogaz jest schładzany do -75°C i usuwana jest pozostała w nim para wodna. 4 etap to schłodzenie biogazu do temperatury -120°C, co powoduje usuwanie dwutlenku węgla CO2. Jest on usuwany z biogazu do zawartości poniżej 0,3% i gromadzony w zbiorniku. Uzyskany w wyniku wszystkich wymienionych procesów biometan jest sprężany do 14 barów i skraplany, co następuje w temperaturze -120°C. Następnie ciekły biometan jest rozprężany do ciśnienia 2 barów i przechowywany w kriogenicznym zbiorniku.
Warto wiedzieć
Zintegrowanie uzdatniania biogazu i powstającego w jego wyniku skraplania biometanu jest opłacalne ekonomicznie, a co za tym idzie oszczędne w zakresie zużycia energii, które waha się od 0,6 do 0,7 kWh na każdy każdy metr sześcienny skroplonego biometanu (bioLNG). System ten można bez problemu dostosować do różnych wydajności biogazu (od 100 Nm³/h do 2000 Nm³/h.
Zoptymalizowana technologia Cryo Pur
Opracowana przez Cryo Pur technologia polega na fizycznym oddzielaniu wszelkich zanieczyszczeń, co powoduje, że nie wymaga ona używania żadnych odczynników chemicznych oprócz węgla aktywnego. Nie występują także straty metanu. Pozwala to zmaksymalizować dochodowość takiego przedsięwzięcia i ograniczyć jego szkodliwy wpływ na atmosferę. Ciepło z wszystkich procesów można odzyskać i podgrzewać nim komory fermentacyjne, w których powstaje biogaz. Dodatkowym produktem w tej technologii jest skroplony dwutlenek węgla bioCO2, który może być sprzedawany odbiorcom przemysłowym, dystrybutorom i może stanowić atrakcyjne uzupełnienie przychodów ze sprzedaży ciekłego biometanu. Dzięki wymienionym cechom technologia ta może być używane także przy mniejszej skali produkcji bioLNG.
Technologia, w której uzdatniony do biometanu biogaz jest zamieniany na bioLNG pozwala omijać ograniczenia związane z brakiem dostępu do infrastruktury gazowej. Projekty biogazowe mogą być uruchamiane nawet w rejonach pozbawionych sieci gazowej, a bioLNG może być używane jako odnawialne paliwo w pojazdach użytkowych napędzanych LNG. Uboczna produkcja w postaci skroplonego bioCO2 pozwala na znaczne obniżenie kosztów w wyniku czego opracowana przez Cryo Pur technologia jest bardzo elastyczna i możliwa do zastosowania w wielu projektach biogazowch o różnej wielkości.
Popularne artykuły
Tagi
Partnerzy
CNG - LNG - gaz ziemny - metan - paliwo dla transportu, przemysłu i samorządów
CNG-LNG.pl to portal, w którym piszemy o zastosowaniu paliw metanowych w różnych gałęziach gospodarki. Publikujemy najnowsze informacje, relacje z najważniejszych wydarzeń i patronujemy imprezom branżowym i konferencjom.