NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE

 

Zákon č. 309/2009 Z. z. „o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov“ podporuje produkciu a využitie bioplynu pre energetické účely. V súčasnosti na Slovensku najrozšírenejším spôsobom spracovania bioplynu je jeho spaľovanie v kogeneračných jednotkách a priama distribúcia vyrobenej elektrickej energie do rozvodnej siete. Avšak tepelná energia, ktorá pri danom procese vzniká je častokrát nevyužitá. Nie každá bioplynová stanica je situovaná v blízkosti priemyselného centra s potenciálom odberu tepelnej energie.

Bioplyn obsahuje 50 % až 60 % metánu, ktorý je hlavnou zložkou zemného plynu, potrubná sieť zemného plynu je ideálna pre transport zušľachteného bioplynu. Spomínaný zákon definuje pojem biometán ako upravený bioplyn, ktorý má technické parametre porovnateľné so zemným plynom.

 

Na úpravu bioplynu existuje niekoľko známych, resp. vyvíjaných spôsobov:

• Tlakové vodné pranie (DWW)

• Absorbcia zmenou tlaku (PSA)

• Chemická separácia (MEA, MDEA, DEA)

• Fyzikálne pranie pomocou špeciálnych odstraňovačov CO2 a H2S

• Oddeľovanie cez polymérové membrány

– suché

– mokré

• Kryogénne oddeľovanie

• Procesné zušľachťovanie

 

Osobitná pozornosť zušľachťovania bioplynu je venovaná práve chemickej separácii, ktorá otvára nové možnosti v oblasti vedy a výskumu.

 

Popis technológie

Dočistením bioplynu na kvalitu zemného plynu (obsah cca. 99 % CH4) sa rozumie odstránenie vlhkosti, H2S, NH3 a odstránenie CO2. Ostatné zložky sú minoritného charakteru a v zmesi so zemným plynom nie sú problematické.

 

NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE 

Obr. 1 Principiálna schéma chemického patentovaného čistenia bioplynu BCM-Process® (VT = Výmenník tepla, Č = Čerpadlo, K = Kolóna, AS = Amínový separátor)

 

1. Odsírenie

Akýkoľvek zvyškový sírovodík v surovom bioplyne je potrebné odstrániť pred vstupom do aminového separátora. Bioplyn prúdi cez systém filtrov s aktívnym uhlím s upravenou povrchovou vrstvou. Systém má veľmi veľkú kapacitu. Sírovodík sa mení na elementárnu síru, ktorá ostáva zadržaná v systéme filtrov. Vyčerpaný filter je neskôr rozprášený na poliach spolu s vyfermentovaným substrátom z bioplynovej stanice. Kolobeh síry je tak uzavretý.

 

2. Sušenie

Surový bioplyn je nasýtený vodnými parami. Sušenie bioplynu prebieha pri jeho ochladzovaní a následnom ohreve v tepelných výmenníkoch. Pri ochladzovaní sa z plynu vyzráža voda a ohrevom sa zníži relatívna vlhkosť. Bioplyn je vo výmenníku tepla ochladzovaný chladiacim agregátom a odlúčená voda je z plynu odstránená. Potom je plyn znovu ohrievaný teplou časťou chladiaceho agregátu. Proces sušenia bioplynu zabezpečí, že pri ďalšom čistení bioplynu od CO2 sa nezmení koncentrácia aminového roztoku.

 

NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE 

Obr.2  3D znázornenie biometánovej jednotky

 

3. Beztlakový aminový separátor – odstránenie CO2

Odsírený a vysušený bioplyn prúdi zdola do kolóny s náplňou. Vodný roztok prúdi z hora, proti prúdu bioplynu. Teplota celého procesu je 40 °C. Náplň v kolóne slúži na zväčšenie aktívneho povrchu, ktorý zaistí intenzívnejšiu reakciu CO2 v bioplyne s roztokom. Metán s roztokom nereaguje a je odvádzaný s vysokou čistotou z hornej časti kolóny. Systém zabezpečuje max. obsah CO2 vo vyčistenom plyne na úrovni 0,1 %. 

 

NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE 

Obr.3 Pohľad zvnútra biometánovej jednotky

 

4. Chladenie a sušenie biometánu

Po separácií je potrebné biometán chladiť a opätovne sušiť. Plyn je vedený do výmenníka tepla, kde vodná para a para obsahujúca aminy kondenzuje na povrchu chladiča predtým, ako je vedená späť do separačného procesu. Kondenzovaná para je vedená späť do kolóny. Biometán je prepravený potrubím k jednotke pre transport biometánu do potrubnej siete zemného plynu. Biometán je v potrubí zmiešavaný so zemným plynom.

 

5. Regenerácia roztoku

Použitý aminový roztok obsahujúci CO2 je odťahovaný z dna kolóny. Pri regenerácii je CO2 z použitého roztoku odstraňované pomocou tepla. Tento krok úplne postačuje pre potreby ďalšieho použitia roztoku.

 

Výhody využitia spôsobu chemickej separácie na zušľachtenie bioplynu:          

• Prebieha pri normálnom tlaku (úspora nákladov)

• Čistenie prebieha v separátore

• Plyn dosahuje vyššie hodnoty čistoty ako pri konvenčných systémoch

• Kolísanie metánu je minimalizované – vysoká ekologická a ekonomická efektivita

• Stabilný proces čistenia a konštantná kvalita metánu

• Pomerne nízke nákladové operácie

 

NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE 

Obr.4 Pohľad zvonku biometánovej jednotky

 

Výrobcovia biometánu, ich práva a povinnosti

Osobitnú pozornosť venuje zákon č. 309/2009 Z. z. výrobcom biometánu, ktorí budú môcť požadovať od ÚRSO vydanie potvrdenia o pôvode biometánu, od prevádzkovateľa plynárenskej siete potvrdenia o množstve dodaného biometánu a budú mať tiež právo na prednostnú distribúciu biometánu. Budú sa však musieť postarať o to, aby ich biometán zodpovedal parametrom zemného plynu a zabezpečiť meranie jeho množstva aj kvality. Množstvo biometánu sa bude prepočítavať podľa koeficientu stanoveného ÚRSO, ktorý bude závisieť od podielu biomasy použitej na výrobu bioplynu dopestovanej na ornej pôde.

 

NOVÉ MOŽNOSTI VYUŽITIA BIOPLYNU, JEHO ZUŠĽACHTENIE 

Tab. 1   Porovnanie systémov úpravy bioplynu na biometán

 

Poďakovanie:

Tento príspevok vznikol za podpory agentúry VEGA, konkrétne projektu č. 1/0421/0.

 

Ing. Patrícia Čekanová, Ing. Natália Jasminská, PhD., prof., Ing. Peter Horbaj, PhD.

Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta, Katedra energetickej techniky, Vysokoškolská 4, 042 00 Košice, e–mail: patricia.cekanova@tuke.sk, natalia.jasminska@tuke.sk, peter.horbaj@tuke.sk

 

Literatúra:

[1] WEIDNER, E.: Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz. In: Ergebnisse der Mark­terhe­bung 2007–2008, Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik, 2008

[2] KLINSKI, S.: Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz. In: IE-Leipzig, ISBN 3-00-018346-9, Leipzig, 2006

[3] MAKARUK, A., MILTNER, M., HARASEK, M: Membrane biogas upgrading processes for the production of natural gas substitute, In: Separation and Purification Technology, 74, (2010), 83–92.

[4] http://www.economy.gov.sk

[5] http://www.mt-energie.com