Generatory tlenu dla biogazowni
Siarkowodór jest tym składnikiem biogazu, który atakuje wszystko za komorą fermentacyjną. Biologiczne odsiarczanie usuwa jego większość jeszcze wewnątrz instalacji, a napędza je niewielka, ciągła dawka tlenu. OXYBERG® wytwarza ten tlen ze sprężonego powietrza w Państwa własnej biogazowni, dzięki czemu siarka opuszcza gaz bez ładunku obojętnego azotu wchodzącego na jej miejsce.
Do czego służy tlen w biogazowni
Surowy biogaz opuszcza komorę fermentacyjną z siarkowodorem, a jego ilość zależy od substratu, a nie od instalacji. Wsady bogate w siarkę i białko, takie jak gnojowica, wywar gorzelniany czy odpady spożywcze, dają go znacznie więcej niż rośliny energetyczne, a publikowane wartości dla biogazowni rolniczych sięgają od kilkuset do kilku tysięcy ppm.
Ten gaz ma następnie napędzać silnik. Siarkowodór spala się do dwutlenku siarki i skrapla jako kwas na każdej chłodniejszej powierzchni w dalszej części układu, przechodząc przez rurociągi gazowe, wymienniki ciepła, olej silnikowy i sam silnik. Producenci silników podają górny limit zawartości H₂S w paliwie, a powyżej niego odpowiedzią są krótsze okresy wymiany oleju, szybsze zużycie albo ryzyko utraty gwarancji. W instalacjach uszlachetniających gaz do biometanu ta sama siarka wraca jako zużycie adsorbentu: czego nie usunie komora fermentacyjna, to musi usunąć stopień oczyszczania.
Biologiczne odsiarczanie zabiera jej większość, zanim do tego wszystkiego dojdzie. Niewielka, kontrolowana ilość tlenu trafia do przestrzeni gazowej komory fermentacyjnej, a częściej do zbiornika dofermentacyjnego. Bakterie siarkowe żyją tam już na wilgotnych powierzchniach i mając do dyspozycji tlen, utleniają rozpuszczony siarczek do siarki elementarnej, która osadza się i odchodzi razem z pofermentem. Nie kupuje się przy tym żadnego odczynnika i nie utylizuje żadnego złoża, dlatego w większości instalacji, które w ogóle odsiarczają, jest to pierwszy stopień.
Sam tlen pochodzi z generatora PSA: sprężone powietrze przechodzi przez sito molekularne, które zatrzymuje azot i przepuszcza tlen, przy czym jeden adsorber regeneruje się, gdy drugi produkuje. Strona generator tlenu PSA opisuje sam proces.
Powietrze czy tlen i ile kosztuje azot
Bakterie potrzebują tlenu. Tlen stanowi w powietrzu tylko około jednej piątej objętości, a pozostałe cztery piąte to azot, którego nic w instalacji nie zużywa. Kto dozuje powietrze, ten zostawia ten azot w biogazie aż do silnika albo do instalacji uszlachetniania.
Ten rachunek warto przeprowadzić na własnych liczbach. Komora fermentacyjna produkująca 500 Nm³/h biogazu, dozowana powietrzem w ilości pięciu procent strumienia gazu, przyjmuje 25 Nm³/h powietrza, z czego około 20 Nm³/h to azot. Blisko cztery procent tego, co opuszcza potem instalację, jest gazem obojętnym, którego nigdy nie było w komorze, a zawartość metanu spada mniej więcej w tej samej proporcji.
Dla instalacji spalającej gaz na miejscu jest to wymierna strata wartości opałowej. Dla instalacji uszlachetniającej gaz do biometanu jest to więcej, ponieważ azot jest tym składnikiem, którego powszechne technologie uszlachetniania nie usuwają: separacja membranowa i płuczka aminowa oddzielają dwutlenek węgla, a nie azot. Specyfikacje sieciowe również nie zostawiają wiele miejsca, bo europejskie limity tlenu w zatłaczanym biometanie leżą w okolicach jednego procenta, a tam, gdzie sieć łączy się z magazynami podziemnymi, są znacznie ostrzejsze.
Tlen o czystości od 90 do 95 procent daje to samo utlenianie przy mniej więcej jednej piątej objętości gazu, a jego resztę stanowi kilka procent argonu i azotu, a nie większość strumienia. Ilość gazu obojętnego dodawanego do własnego produktu spada z punktów procentowych do ułamka procenta.
Ile tlenu potrzebuje komora fermentacyjna
Dawka wynika z ładunku siarki, a nie z wielkości instalacji. Dwie komory o tej samej mocy elektrycznej mogą mieć zupełnie różne zapotrzebowanie na tlen, ponieważ ich substraty niosą różną ilość siarki, a ta sama komora przesuwa się w ciągu roku wraz ze zmianą wsadu. Co do rzędu wielkości, literatura techniczna podaje zapotrzebowanie na poziomie mniej więcej od 0,5 do 1,5 procent strumienia biogazu w przeliczeniu na czysty tlen, co odpowiada mniej więcej od 3 do 6 procent przy zastosowaniu powietrza. Prosimy traktować to jako przedział wyjściowy i potwierdzić go własnymi odczytami H₂S.
Obie strony kosztują. Przy zbyt małej ilości tlenu siarczek zostaje w gazie. Przy zbyt dużej utlenianie biegnie dalej, poza siarkę elementarną aż do kwasu siarkowego, który atakuje beton w przestrzeni gazowej, a niewykorzystany tlen pojawia się w analizie gazu, gdzie instalacja uszlachetniania zauważa go pierwsza. Dlatego dawkę reguluje się według zmierzonej wartości H₂S i odczytu tlenu resztkowego, a nie ustawia raz przy uruchomieniu.
Jak dobrać zasilanie w tlen dla biogazowni
Wyjść od ładunku siarki
Strumień biogazu pomnożony przez stężenie H₂S daje ładunek, który muszą przerobić bakterie. Obie wartości warto wziąć z własnego analizatora biogazu, z pełnego cyklu wsadowego, łącznie z najgorszą mieszanką substratów, jaka u Państwa pracuje, a nie z wartości projektowych w dokumentacji odbiorowej.
Określić, co gaz ma spełniać
Limit zawartości H₂S dla silnika kogeneracyjnego i specyfikacja wsadu dla instalacji uszlachetniania są różnymi celami i prowadzą do różnych wartości H₂S resztkowego oraz do różnych dawek. Warto zdecydować, który z nich obowiązuje, zanim cokolwiek zostanie dobrane.
Przeliczyć ładunek na strumień tlenu
Dawkę podaje się jako procent strumienia biogazu, a dobór prowadzi się na szczyt, a nie na średnią roczną. Generator dobrany na średnią nie wystarcza dokładnie wtedy, gdy do komory trafia wsad bogaty w siarkę.
Sprawdzić sprężone powietrze
Strumień tlenu pomnożony przez współczynnik powietrza równy 11 daje zapotrzebowanie, przy każdej czystości z tego zakresu. Jakość liczy się tak samo jak ilość: unoszenie oleju i resztkowa wilgoć skracają żywotność sita, a OXYBERG® wymaga sprężonego powietrza w klasie 1.4.1 według ISO 8573-1:2010 przy 7 bar(g).
Potrzebują Państwo doboru pod swoje zastosowanie?
Na start nie potrzeba kompletu odczytów. Wystarczy podać wielkość instalacji i to, jak radzą sobie Państwo dziś z siarką, a my powiemy, czy generator tlenu warto rozważyć bliżej. Jeśli mają Państwo pod ręką wartości H2S i specyfikację gazu, prosimy je przesłać, a w odpowiedzi otrzymają Państwo propozycję doboru.
Gdzie kończy się biologiczne odsiarczanie, a zaczynają inne metody
Biologiczne odsiarczanie rzadko jest jedynym stopniem usuwania siarki w instalacji i nie ma nim być. Sole żelaza dozowane do substratu wiążą siarczek w fazie ciekłej, zanim w ogóle trafi do gazu. Działają, łatwo je dołożyć w istniejącej instalacji i są materiałem eksploatacyjnym z kosztem bieżącym na tonę substratu oraz z ładunkiem żelaza, który kończy w pofermencie. Węgiel aktywny stoi na drugim końcu łańcucha jako stopień doczyszczający: bardzo skuteczny aż do niskich ppm, ale ze złożem, które wymienia się według harmonogramu i utylizuje.
Zewnętrzne instalacje biologiczne, biofiltry zraszane i płuczki dwustopniowe, prowadzą tę samą biologię poza komorą fermentacyjną, z dokładniejszą kontrolą, a rozwiązanie dwustopniowe całkowicie trzyma powietrze procesowe poza gazem, kosztem wyższego nakładu inwestycyjnego.
W większości instalacji praktyczną odpowiedzią jest kombinacja. Biologiczne odsiarczanie wewnątrz komory zabiera większość siarki przy najniższym koszcie bieżącym, a stopień doczyszczający zabiera ostatnie kilka ppm tam, gdzie obowiązuje ostra specyfikacja. Zasilanie w tlen dotyczy tego pierwszego, czyli tego, który niesie największą część ładunku, a dobrze prowadzony pierwszy stopień jest tym, co nie pozwala materiałom eksploatacyjnym drugiego stać się dominującym kosztem eksploatacji.
Dlaczego warto wytwarzać tlen na miejscu
Bez balastu azotowego w Państwa gazie
To cały sens używania tlenu zamiast powietrza. To samo utlenianie zachodzi bez tego, żeby cztery piąte dozowanej objętości stanowił gaz obojętny, więc zawartość metanu, wartość opałowa i ładunek gazów obojętnych w Państwa biometanie zostają tam, gdzie były.
Praca ciągła pasuje do PSA
Odsiarczanie pracuje zawsze, gdy pracuje komora fermentacyjna, czyli przez większość godzin w roku. Niewielki, stały, nieprzerwany strumień jest profilem obciążenia, pod który generator PSA jest zbudowany, i tym, do którego harmonogram dostaw pasuje najgorzej. Większość biogazowni nie kupuje dziś tlenu. Wdmuchują powietrze albo dozują sole żelaza, więc porównanie nie dotyczy rachunku za gaz: dotyczy obojętnego azotu, który niosą Państwo we własnym gazie, i materiałów eksploatacyjnych, które trzeba stale kupować. Ile generator jest wart w Państwa instalacji, zależy od ładunku siarki i ceny energii elektrycznej, i ten rachunek warto przeliczyć wspólnie, zanim padnie cokolwiek innego.
Dawka, którą można zmieniać
Substrat się zmienia, a razem z nim rośnie H₂S. Mając własny generator, zmieniają Państwo wartość zadaną i sprawdzają analizę, zamiast renegocjować wolumen dostaw i czekać na kolejne okno dostawy.
Standardowe części eksploatacyjne, otwarty serwis
Filtry i części eksploatacyjne są katalogowymi komponentami do kupienia na otwartym rynku, więc serwis pozostaje otwarty na konkurencję przez cały okres użytkowania maszyny. Gwarancja wynosi standardowo trzy lata, a w połączeniu z umową serwisową do pięciu lat.
Generatory tlenu OXYBERG® do zastosowań biogazowych
OXYBERG® obejmuje łącznie 18 rozmiarów, wymienionych w całości na stronie przeglądu generatorów tlenu. Wybór poniżej pokrywa zakres, w którym mieści się większość komór fermentacyjnych, pokazany przy czystości 90 %, ponieważ tam właśnie leży biologiczne odsiarczanie.
| Model | O₂ przy 90 % | Sprężone powietrze przy 90 % |
|---|---|---|
| OXYBERG® 500 | 2,1 Nm³/h | 23,1 Nm³/h |
| OXYBERG® 900 | 9,2 Nm³/h | 101,2 Nm³/h |
| OXYBERG® 1200 | 18,9 Nm³/h | 207,9 Nm³/h |
| OXYBERG® 1500 | 44,6 Nm³/h | 490,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 1700 | 65,8 Nm³/h | 723,8 Nm³/h |
To, który rozmiar pasuje, wynika z ładunku siarki, a nie z zainstalowanej mocy elektrycznej, a zbiornik buforowy należy do planu nawet tam, gdzie średnie zapotrzebowanie wygląda komfortowo, ponieważ świeży wsad bogaty w siarkę nie czeka na generator.
Tam, gdzie w zakładzie nie ma odpowiedniego sprężonego powietrza, generator planuje się jako kompletną instalację, a nie jako pojedynczą maszynę: stacja sprężarek, uzdatnianie powietrza, bufor, generator i magazynowanie tlenu jako jeden ciąg z jednego źródła w Grupie BERG. Tę konfigurację opisuje strona instalacja tlenowa PSA. Objęte zakresem standardowe zespoły generatorów NITROBERG® i OXYBERG® przechodzą ocenę zgodności według dyrektywy ciśnieniowej PED 2014/68/EU w modułach B + D. Konstrukcja i produkcja: Made in Germany.
FAQ: generatory tlenu dla biogazowni
Do biologicznego odsiarczania. Bakterie siarkowe w przestrzeni gazowej komory fermentacyjnej przetwarzają rozpuszczony siarczek w siarkę elementarną i potrzebują do tego niewielkiego, ciągłego dopływu tlenu. Siarka osadza się i odchodzi razem z pofermentem, dzięki czemu siarkowodór nie trafia do gazu, zanim dotrze on do silnika albo do instalacji uszlachetniania.
Biologicznie, a nie chemicznie. Mając tlen, bakterie obecne już na wilgotnych powierzchniach utleniają siarczek do siarki elementarnej, a przy większej ilości tlenu dalej do siarczanu. Nie dozuje się przy tym niczego, co trzeba kupić albo zutylizować, i to czyni ten stopień najtańszym sposobem usuwania siarki, jakim dysponuje biogazownia. O tym, gdzie reakcja się zatrzyma, decyduje kontrola dawki.
Z powodu azotu, który przychodzi razem z powietrzem i którego nic w instalacji nie zużywa. Zostaje on w biogazie, obniżając zawartość metanu i wartość opałową, i jest tym składnikiem, którego zwykłe technologie uszlachetniania nie oddzielają. Tlen o czystości od 90 do 95 procent daje to samo utlenianie przy znacznie mniejszej ilości wprowadzanego gazu, więc to, co zostaje potem w gazie, jest ułamkiem tego, co zostawia powietrze.
Wynika to z ładunku siarki, czyli ze strumienia biogazu pomnożonego przez stężenie H₂S, a nie z mocy elektrycznej. Literatura techniczna podaje zapotrzebowanie w okolicach od 0,5 do 1,5 procent strumienia biogazu w przeliczeniu na czysty tlen, i jest to przedział wyjściowy, a nie wartość projektowa. Dawkę doregulowuje się potem w ruchu, według zmierzonego H₂S i tlenu resztkowego w gazie.
Wystarcza dolna część zakresu. Między 90 % a 93 % gaz jest już daleko za punktem, w którym dostępność tlenu ogranicza bakterie, a wyższa klasa nie sprawia, że pracują one szybciej. W OXYBERG® współczynnik powietrza wynosi 11 przy każdej czystości, więc wyższa klasa nie kosztuje sprężonego powietrza. Kosztuje wydajność: ta sama maszyna dostarcza przy 90 % od 10 do 40 % więcej tlenu niż przy 95 %.
Przy tych dawkach tlen zużywa się blisko miejsca wprowadzenia, a większość objętości komory pozostaje beztlenowa. Publikowane badania nad napowietrzaniem fermentorów (mikroaeracja) podają uzyski metanu niezmienione lub nieznacznie lepsze. Unikać należy przedawkowania i dlatego dawka jest sprzężona z analizą gazu, a koncepcja ochrony przeciwwybuchowej instalacji należy do jej projektu, a nie do zasilania w gaz.
Zwykle raczej zmniejsza to, co mają do zrobienia, niż je usuwa. Biologiczne odsiarczanie zabiera większość siarki przy najniższym koszcie bieżącym, a stopień doczyszczający i tak przejmuje ostatnie kilka ppm tam, gdzie obowiązuje ostra specyfikacja. Tam, gdzie dozuje się dziś sole żelaza, dobrze prowadzony stopień biologiczny jest tym, co pozwala ograniczyć ten materiał eksploatacyjny, a nie odwrotnie.