CZ2010342A3 - Zarízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu - Google Patents
Zarízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2010342A3 CZ2010342A3 CZ20100342A CZ2010342A CZ2010342A3 CZ 2010342 A3 CZ2010342 A3 CZ 2010342A3 CZ 20100342 A CZ20100342 A CZ 20100342A CZ 2010342 A CZ2010342 A CZ 2010342A CZ 2010342 A3 CZ2010342 A3 CZ 2010342A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- biogas
- pressure
- separation
- section
- sub
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 2
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 abstract 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
Rešení se týká zarízení pro úpravu bioplynu nebo na palivo typu zemního plynu, spocívající v tom, že toto zarízení obsahuje alespon dve samostatné jednotky, a sice vstupní jednotku (10), s povahou odsirovací sekce, vytvorené jako chemická odlucovací kolona a/nebo jako propírací kolona, upravená pro odsirování na zbytkovou koncentraci H.sub.2.n.S 2 až 7 mg/m.sup.3.n. bioplynu, a dále oddelovací jednotku, obsahující alespon odvodnovací sekci (20), vytvorenou jako odvlhcovací kolona, upravená pro odstranování vlhkosti až na zbytkovou koncentraci nejvýše 32 mg H.sub.2.n.O/m.sup.3.n., a za ní zarazenou separacní sekci (30), vytvorenou jako vysokotlakový separátor CO.sub.2.n. s vysokotlakým odlucováním CO.sub.2.n. a navýšením podílu objemu CH.sub.4.n., a to separací s odlucováním ve více tlakových stupních s výstupními tlaky od 5 do 148 bar, upravený pro dosažení podílu CH.sub.4.n. alespon 95 % objemových a pro dosažení nejvýše 2 % objemová CO.sub.2.n. a 0 mg N.sub.2.n. (NH.sub.3.n.)/kg. Pritom je zejména výhodné, jestliže toto zarízení obsahuje ješte za oddelovací jednotku zarazené skladovací a plnicí zarízení (50) pro plnení prepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel nebo regulacní stanici pro distribuci k využití bioplynu jako paliva o kvalite zemního plynu. Soucasne je výhodné, jestliže za vysokotlakým separátorem je ješte zarazeno docištování vytvorené jako docištovací sekce (40).
Description
Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro úpravu bioplynu, spočívající především v odloučení CO2 za současného navyšování objemu CH4 tlakovánim a dále pak v odstraňování H2S, vlhkosti (H2O) a N2 (NH3), a to pro použití jako paliva, včetně paliva motorového.
Dosavadní stav techniky
V současnosti jsou známa zařízeni pro úpravu bioplynu na plyn s vlastnostmi srovnatelnými se zemním plynem, kde taková zařízení obsahují především sekce separace plynů, pro oddělení zejména CO2, a to na principu vypírání plynů ve vodě nebo i v jiných kapalinách a to za nízkého, nebo i za vysokého, resp. střídavého tlaku, přičemž se využívá různých adsorpčních a absorpčních schopností a vlastností těchto kapalin. Další možností je adsorpce CO2 na tuhém adsorbentu s užitím střídavého tlaku. Právě modifikací tlaků a teplot lze ještě významně zvyšovat naznačenou efektivnost jímavých kapalin i případně užitého aktivního uhlí. Existují i zařízení na základě separace složek bioplynu pomocí molekulárního síta. Taková separace sice umožňuje získat plyn s převažujícím podílem metanu a s ostatními vlastnostmi, které jsou také v podstatě vyhovující, ale zařízení, pracující na popsaném principu, jsou výrobně i provozně značné nákladná. Dále pak je třeba, pro použití takto získaného paliva jako paliva motorového, v návaznosti na popsanou separační stanici instalovat ještě stanicí plnící, a to typu plnící stanice CNG, čímž se zařízení stává ještě nákladnějším a také energeticky náročnějším, neboť významný podíl na nutném energetickém příkonu celého procesu má jak výroba biometanu na adsorpčním a/nebo absorpčním principu, tak i stlačování biometanu pro plnění nádrží, především ve vozidlech. Vedle již uvedených nevýhod je hlavní nevýhodou dosavadních známých a zde popsaných zařízení i jejich vysoká investiční náročnost, která má v současnosti za následek ekonomicky přijatelnou realizovatelnost pouze u zařízení s výrobní kapacitou alespoň 500 m3 surového bioplynu za hodinu, tedy cca 4000 tis. m3/rok.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody se řeší v podstatné míře zařízením pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu, kde podstata spočívá vtom, že zařízení obsahuje alespoň dvě samostatné jednotky, a sice vstupní jednotku, s povahou odsiřovací sekce, vytvořené jako chemická odlučovací kolona a/nebo jako propíraci kolona, upravená pro odsiřování na zbytkovou koncentraci H2S 2-7 mg/m3 bioplynu, a dále oddělovací jednotku, obsahující alespoň odvodňovací sekci, vytvořenou jako odvlhčovací kolona, upravená pro odstraňování vlhkosti až na zbytkovou koncentraci nejvýše 32 mg H2O/m3, a za ní zařazenou separační sekci, vytvořenou jako vysokotlaký separator CO2 s vysokotlakým odlučováním CO2 a navýšením podílu objemu CH4, a to separací s odlučováním ve více tlakových stupních s výstupními tlaky od 5 do 148 bar, upravený pro dosažení podílu CH4 alespoň 95 % objemových a pro dosažení nejvýše 2 % objemová CO2 a 0 mg N2(NH3)/kg. S výhodou za oddělovací jednotku je zařazeno skladovací a plnicí zařízení pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel nebo regulační stanice pro distribuci k využití bioplynu jako paliva o kvalitě zemního plynu. Výhodou je dále, jestliže vysokotlaký separator CO2 je vytvořen jako soustava vysokotlakého vícestupňového kompresoru, kde mezi jednotlivými stupni je vždy zařazen odlučovač zkapalněné složky na bázi CO2 a výstup z posledního stupně vysokotlakého kompresoru je propojen s plnicím zařízením pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel, kde před toto propojení je, v rámci oddělovací jednotky, vložena ještě dočišťovací sekce vyrobeného biometanu. Výhodné je také, jestliže odlučovač zkapalněné složky na bázi CO2 obsahuje jemný mechanický filtr, uhlíkový filtr a alespoň jeden membránový separator. S výhodou plynový výstup alespoň jednoho membránového separátoru je propojen zpět do odvlhčovací sekce a/nebo některého z nižších stupňů kompresoru. Dočišťovací sekce je s výhodou vytvořena jako soustava odlučovacích kolon a to jako soustava alespoň jedné kolony závěrečného odvlhčení s náplní CaCI2 a alespoň jedné kolony závěrečného dočištění CO2 a N2 (NH3), s náplní zeolitů. Výhodné je dále, jestliže odsiřovací sekce je vytvořena jako chemická odlučovací kolona, s alespoň jedním absorbérem s náplní, jejíž reakční složkou je hydratovaný oxid železitý, upravená pro průchod bioplynu a opatřená přídavným přívodem vzduchu pro regeneraci náplně a odkalovacím vývodem pro kondenzát. S výhodou potom je odvodňovací sekce tvořena alespoň dvěma separačními kolonami s náplní CaCI2 a s jemným mechanickým filtrem, umístěnými před vstup a za výstup šroubového kompresoru s výstupním tlakem 5 až 10 barů. Alternativně je odvodňovací sekce vytvořena jako odvlhčovaní kolona, obsahující za sebou zapojenou alespoň jednu komoru ohřevu, upravenou pro ohřev zpracovávaného bioplynu, a alespoň jednu komoru chlazení, opatřenou chladícím okruhem a odkalovacím vývodem pro odvod kondenzované vody. Přitom hlavní vícestupňový kompresor pak má pracovní tlaky od 5 až do 148 barů, jak je patrné již ze základního provedeni, shora popsaného.
Takto se dosáhne vytvoření zařízení pro úpravu bioplynu na plyn, použitelný především jako motorové palivo, přičemž toto zařízení je investičně i provozně nenáročné, a to především v oblasti relativně nízkých objemů zpracovávaného bioplynu.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je dále podrobněji popsán a vysvětlen na příkladném provedení, též s pomoci přiložených výkresů, kde na obr.1 je patrné schéma celého zařízení v příkladném provedení, na obr.2 je detail zapojení odsiřovací sekce s úpravou pro přepínání průtoku, na obr.3 je v axonometrii příklad praktického vytvoření konstrukce oddělovací jednotky, načež ještě na obr.4 je patrná tatáž oddělovací jednotka, tentokrát v půdoryse.
Příklad provedení vynálezu
Zařízení v příkladném provedení je vytvořeno jako stanice pro úpravu bioplynu na plyn s kvalitou zemního plynu, označovaný též jako biometan, kde výstupem je plnící stanice tlakových nádob u soustav pro pohon vozidla se systémem na CNG a regulační stanice pro využití plynu jako paliva o kvalitě zemního plynu. Dále je uváděn podrobný popis příkladného provedení tohoto zařízení.
Vzorové řešení zařízení na úpravu bioplynu o výkonu 45 m3/hod
Funkce zařízení
Zařízení řeší úpravu bioplynu na kvalitu motorového paliva pro zážehové motory a zabezpečuje další doplňkové funkce jako:
- skladování vyčištěného bioplynu,
- plnění bioplynu do motorových vozidel,
- regulování tlaku bioplynu pro jeho využití jako paliva v kvalitě zemního plynu.
Užitné vlastnosti zařízení
Bioplyn vyráběný na tomto zařízení, tedy bioplynové stanici, dále též jen BPS, obsahuje méně O2 než vyžaduje jeho uplatnění jako motorové palivo pro zážehové motory. Proto se provádí pouze úprava parametrů CH4, CO2, H2S, vodní páry (H2O) a N2 (NH3).
Orientační parametry, na které je zařízení navrženo
Výkonnost 45 m3 bioplynu/hod *
Provozní doba 24 hod/den
360 dnů/rok
8640 hod/rok
Kapacita
- bioplyn před zpracováním 388 800 m3/rok, 45 m3/hod *
- bioplyn po zpracování 233 280 m3/rok, 27 m3/hod *
Poznámka: * Kapacita zařízení je udávána v objemu bioplynu při tlaku 0,1 bar tak, jak je přiváděn z reaktoru BPS.
Užitné vlastnosti zařízení
Hodnoty upraveného bioplynu:
CH4
CO2
H2S h2o
N2 (NH3) min. 95 % objemu % objemu
2-3 mg/m3 mg/m3 cca 0 %
Seznam provozních souborů, resp. jednotek a sekcí, a jejich strojů a zařízení, včetně hlavních parametrů:
Výkony dílčích zařízení jsou udávány v objemech bioplynu při tlaku 0,1 bar.
Vstupní jednotka 10, vytvořená jako odsiřovací sekce se dvěma absorbéry 1, opatřená přídavným přívodem 11 vzduchu pro regeneraci náplně a odkalovacim vývodem 12 pro odvod případného kondenzátu.
Princip: adsorbér pracuje na bázi chemisorpce sulfanu na hydratovaném oxidu železitém a vykazuje příkladně tyto parametry kapacita provozní tlak parametry bioplynu: H2S na vstupu H2S na výstupu teplota na vstupu teplota na výstupu v létě v zimě
- 50 m3/hod (max. 65 m3/hod)
0,1 bar
1390 (3500) mg/m3 bioplynu max. 2-3 mg/m3 bioplynu °C
- 35 °C °C
Oddělovací jednotka obsahuje odvodňovaci sekci 20, pracující na bázi adsorpce H2O v náplni krystalického CaCI2, a dále pak separační sekci 30 a dočišťovaci sekci 40.
vstupní parametry bioplynu:
| tlak | 0,1 bar |
| H2S na vstupu vlhkost | max. 2-3 mg/m3 bioplynu 7 (max. 10) % objemu |
| množství CH4 | 55 (min. 40) % objemu |
| množství CO2 teplota na vstupu v létě | 33 (max. 55) % objemu 25 - 35 °C |
| v zimě | 15 °C |
Komponenty zařízení odvodňovaci sekce 20:
Separační kolona 21 odvlhčení s náplní CaCI2 a výměnným jemným mechanickým filtrem 23 o propustnosti 0,01 μ.
| výkon provozní tlak náplň | 40 - 50 m3/hod 0,1 bar 100 kg krystalického CaCI2, výměna náplně doporučena po 4 měsících provozu |
Šroubový kompresor 22 s tepelným výměníkem 221 a dalším obvyklým
| příslušenstvím, výkon vstupní tlak výstupní tlak | 40 - 50 m3/hod 0,1 bar 8 bar (max. jištění) |
Separační kolona 21 odvlhčení s náplní CaCI2 a výměnným mechanickým filtrem o propustnosti 0,01 μ, zařazená jako další, ještě za šroubovým kompresorem 22.
| výkon provozní tlak náplň | 40 - 50 m3/hod 8 bar 100 kg CaCI2, výměna náplně po 4 měsících provozu |
Výstupní parametry bioplynu:
| tlak | 8 bar |
| H2S vlhkost (H2O) množství CH4 | max. 2-3 mg/m3 bioplynu max. 34 mg/m3 bioplynu 55 (min. 40) % objemu |
| množství CO2 teplota v létě | 33 (max. 55) % objemu 35 - 45 °C |
| v zimě | 25 °C |
Separační sekce 30, jako zařízení, zvyšující objem CH4 a odstraňující CO2 a N2 (NH3).
Princip: převážné množství ΟΟ2 se odstraňuje tlakováním, N2 (NH3) a zbytky CO2 separací.
Vstupní parametry bioplynu:
| tlak | 8 bar |
| H2S Vlhkost (H2O) množství CH4 množství CO2 množství N2 (NH3) teplota v létě | max. 2-3 mg/m3 bioplynu max. 34 mg/m3 bioplynu 55 (min. 40) % objemu 33 (max. 55) % objemu 0,85 (max. 1,8) % objemu 35 - 45 °C |
| v zimě | 25 °C |
Komponenty zařízení - separační sekce 30
Vysokotlaký pístový kompresor 31 čtyřstupňový tlakového oddělování CO2 s tepelným výměníkem 311 za každým stupněm z uvedených čtyř stupňů a s dalším
| obvyklým příslušenstvím. výkon vstupní tlak | 40 - 50 m3/hod 8 bar |
| tlak - 1. stupeň tlak - 2. stupeň tlak - 3. stupeň výstupní tlak | 20 bar, 40 až 50 m3/hod 30 bar, 29 m3/hod 104 bar, 29 m3/hod 250 bar, 27 až 29 m3/hod |
Mechanický filtr 32 o propustnosti 0,01 μ, osazený za 1. stupněm tlakování
| výkon provozní tlak počet | 40 - 50 m3/hod 20 bar 1 ks |
Uhlíkový filtr 33, osazený za 1. stupněm tlakování výkon provozní tlak
- 50 m3/hod bar
Membránový separátor 34 na oddělování CO2, N2 (NH3), osazený za 1. stupněm tlakování výkon provozní tlak počet
- 50 m3/hod bar ks, za prvním separátorem 34 odbočka v podstatě surového bioplynu ještě též ke kogenerační jednotce se spalovacím motorem
Separátor 35 CO2 s výměnným mechanickým filtrem, osazený za 2. a 3. stupněm tlakování výkon 29 m3/hod provozní tlak za 1. stupněm 30 bar za 2. stupněm 104 bar počet 2 ks
Výstupní parametry bioplynu:
tlak 250 bar
H2S max. 2-3 mg/m3 bioplynu • * «·«» 4 4 ·« « · « • * · * · * ··*· ·· to « « · « · * ·
| vlhkost (H2O) množství ΟΗ4 | max. 34 mg/m3 bioplynu min. 95 % objemu |
| množství CO2 množství N2 (NH3) teplota v létě | 2,15 % objemu 0,05 (max. 0,1) % objemu 35 - 45 °C |
| v zimě | 25 °C |
Dočišťovací sekce 40 pro závěrečné dočištění a další doplňková zařízení
Princip: Zařízeni pracuje na bázi adsorpce zbytků H2O v náplni krystalického CaCI2 a zbytků CO2 a N2 (NH3) v náplni zeolitů.
Vstupní parametry bioplynu
| tlak | 250 bar |
| H2S vlhkost (H2O) množství CH4 | max. 2-3 mg/m3 bioplynu max. 34 mg/m3 bioplynu min. 95 % objemu |
| množství CO2 množství N2 (NH3) teplota v létě | 2,15 % objemu 0,05 (max. 0,1) % objemu 35 až 45 °C |
| v zimě | 25 °C |
Separátor 41 závěrečného odvlhčení s náplní CaCI2
| výkon vstupní tlak výstupní tlak provozní teplota počet | 27 až 29 m3/hod 250 bar 243 bar 5 až 10 °C 1 ks |
Separator 42 závěrečného dočištění CO2, N2 (NH3) s náplní zeolitů
| výkon vstupní tlak | 27 až 29 m3/hod 243 bar |
| výstupní tlak provozní teplota počet | 235 bar 5 až 10 °C 1 ks |
Chladič 43 bioplynu - freonová chladicí jednotka s příslušenstvím
| výkon tlak bioplynu teplota bioplynu vstupní výstupní | 27 až 29 m3 bioplynu/hod 250 bar max. 45 °C 5 až 10 °C |
Pro zabezpečení praktického provozu je použito ještě pneumatické ovládání ventilů, zde neznázorněné, a to s parametry a příslušenstvím: kompresor stlačeného vzduchu 6-8 bar trubní rozvody stlačeného vzduchu s příslušenstvím
Pro měření kvality bioplynu je použito plynového analyzátoru, přičemž při zkušebním provozu se provádělo orientační měření pomocí zařízení pro odběr bioplynu z jednotlivých fází jeho úpravy pro laboratorní ověřování kvality
Zjištěné výstupní parametry bioplynu
| tlak | 235 bar |
| H2S Vlhkost (H2O) množství CH4 množství CO2 množství N2 (NH3) teplota | max. 2-3 mg/m3 bioplynu max. 32 mg/m3 bioplynu min. 95 % objemu 2 % objemu 0 % objemu 5 až 10 °C |
Skladovací a distribuční zařízení 50 upraveného bioplynu
VTL zásobník plynu bloků á 10 lahví, z toho:
blok
| kapacita provozní tlak počet | 920 1 235 bar 1 ks |
bloků
| kapacita provozní tlak počet | 6440 I 200 bar 1 ks |
Regulační stanice
| kapacita vstupní tlak výstupní tlak počet | max. 50 m3/hod 200 bar 0,4 bar 1 ks |
Plnění upraveného bioplynu do motorových vozidel
Výdejní stojan mechanický plnicí set s koncovkou NGV-1
| typ provozní tlak počet | SEKO 200 bar 1 ks |
Popis detailů a funkce zařízení podle vynálezu
Úprava bioplynu na kvalitu motorového paliva pro zážehové motory probíhá ve třech návazných fázích odstraňováním:
sloučenin síry, vlhkosti,
CO2 a N2.
Odstraňování sloučenin siry, tedy odsiřování v odsiřovací sekci ve vstupní jednotce 10, je řešeno pomocí adsorbéru 1, který pracuje na bázi chemisorpce sulfanu na hydratovaném oxidu železitém. Zbytková koncentrace H2S při výstupu ze zařízení nepřesáhne 2-3 mg/m3. Výměna odsiřovací hmoty se provede v okamžiku zvýšení zbytkové koncentrace H2S na 7 mg/m3. Toto u tohoto zařízení, s ohledem na vstupní koncentraci H2S měnící se v průběhu času, lze předpokládat po 3 až 5 letech provozu.
Nádoba adsorbéru 1 má objem 6 m3 je pravoúhlá s horizontálním průřezem cca 4 m2 a výškou 1,5 m. Výška vrstvy odsiřovací hmoty v adsorbéru 1 je cca 1 m. Potřebný objem odsiřovací hmoty je 4 m3. Odsiřovací hmota je v nádobě uložena ve vyjímatelném koši opatřeném plastovou sítí. Výška usazení nad dnem nádoby je zvolena tak, aby bioplyn vstupoval do nádoby pod košem. Nad vrstvou odsiřovací hmoty je do nádoby zaústěno hrdlo pro výstup bioplynu. Celková výška nádoby adsorbéru 1 proto je cca 1,5 m. Shora je nádoba plynotésně uzavřena víkem. Ve dně nádoby je instalováno odkalovací zařízení s odkalovacím vývodem 12 případně vzniklého kondenzátu. Nádoba adsorbéru 1 je uložena na podstavci výšky 0,5 m.
U zařízení vyššího výkonu, a to až do 500 m3 čištěného bioplynu/hod., se uplatňuje použití odsiřovacího zařízení sestávajícího z dvojice v sérii zařazených adsorbérů 1. Když se koncentrace sulfanu ve vyčištěném bioplynu zvýší nad 7 mg H2S/m3, odstaví se v sérii první adsorbér 1_. V něm se nahradí upotřebená odsiřovací hmota čerstvou. Po výměně odsiřovací hmoty se připojí zařízení tak, že původně druhý adsorbér 1_ je pak v sérii první a původně první, nyní s čerstvou odsiřovací hmotou, je v sérii druhý. Zapojení zařízení umožňuje i provoz jednoho a paralelní regeneraci druhého odstaveného adsorbéru 1, a to regenerací průchodem vzduchu, přiváděným přídavným přívodem 11. Schéma zapojení dvojice adsorbérů 1, s možností přepínání na sériový nebo i paralelní provoz, je na obr.2.
Výkony základní jednotky absorbéru 1 při koncentraci H2S 1500 mg/m3 bioplynu:
- při výšce náplně 1 m...................116m3/hod
- při výšce náplně 1,5 m................ 175m3/hod
Cyklus výměny odsiřovací hmoty 9 až 10 měsíců.
Další možné sestavy:
- 2 základní jednotky zapojené paralelně - výkon 232 (350) m3/hod
- 3 základní jednotky zapojené paralelně
- výkon 348 (525) m3/hod
Zvyšování objemu CH4 a odstraňování vlhkosti (H2O), CO2 a N2 (NH3) je řešeno v rámci sdruženého zařízeni kontejnerového provedení s umístěním strojů a dílčích zařízení na ocelovém nosném a fixačním rámu o půdorysné velikosti 4130 x 2300 mm.
Odstraňování vlhkosti je řešeno v rámci průchodu odsířeného bioplynu adsorpční hmotou ve dvou separačních kolonách doplněných mechanickými filtry 32 o propustnosti 0,01 μ. V prvni pod tlakem 0,1 bar, ve druhé 8 bar. Náplň každé kolony 21 je 100 kg krystalického CaCI2, výměna se plánuje vždy po čtyřech měsících. Mezi obě kolony 21 je vložen šroubový kompresor 22 tlakující bioplyn na 8 bar.
Převážné množství CO2 je odstraňováno v rámci tlakování odsířeného a odvlhčeného bioplynu pístovým čtyřstupňovým mechanickým kompresorem 31, kde odchází postupně po jednotlivých stupních tlakování:
- 1. stupeň - 20 bar
- 2. stupeň - 30 bar
- 3. stupeň - 104 bar
- 4. stupeň - 250 bar
V rámci tohoto tlakování dochází současně ke zvyšování objemu CH4.
Kompresor 31 je na 1. stupni tlakování doplněn o dva mechanické filtry 32 o propustnosti 0,01 μ, o uhlíkový filtr 33 a o dva membránové separatory 34 pro oddělování N2 a CO2. Z bioplynu se po průchodu oběma filtry v prvním separátoru oddělí 17 až 25 % jeho objemu, a to převážně CO2. Tento objem je natlakován zpět do bioplynového potrubí před jeho zaústěním do kogeneračních jednotek. Ve druhém separátoru se odděluje cca 10 % jeho objemu, a to převážně CO2. Tento objem je vrácen zpět do procesu úpravy bioplynu do fáze odvlhčování. Zbylých 65 až 73 % objemu bioplynu odchází do druhého stupně tlakování.
Za 2. a 3. stupněm tlakování je pístový kompresor 31 opatřen separátorem 35 CO2 s výměnným mechanickým filtrem, zde celkem 2 ks. Fáze odstraňování CO2 a N2 (NH3) je ukončena dvěma separatory závěrečného dočištění. Závěrečné odstraňování vlhkosti zajišťuje separator 41 s náplní krystalického CaCI2, zde 1 ks, a dočištění CO2 a N2 (NH3) zajišťuje separátor 42 s náplní zeolitů, zde příkladně též 1 ks. V rámci 2. a 3. stupně tlakování je z bioplynu odstraněno 4 až 12 % jeho objemu, a to převážně CO2, v rámci následného závěrečného dočištění je z bioplynu odstraněno zbytkové množství CO2, N2 (NH3) a H2O v rozsahu 1 % původního objemu bioplynu, tedy zde 45 m3. Objem upraveného bioplynu představuje 60 % původního objemu 27 m3.
Teplotní režim zařízení
Teplota bioplynu se v rámci jeho úpravy udržuje na úrovni vstupní teploty navýšené o 10 °C, tj. v zimě 25 °C, v létě 35 - 45 °C. Pro případ, že bude nutno v rámci dočištění zařadit separátor závěrečného odvlhčení, musí být před ním do zařízení zařazeno chlazení, které sníží teplotu bioplynu na 5 - 10 °C.
Součástí sdruženého zařízení jsou dále doplňková zařízení na chlazení bioplynu, pneumatické ovládání ventilů a měření kvality bioplynu.
Za energetickým zhodnocováním bioplynu v rámci tlakového odstraňování CO2 je zařazeno chlazení, zde tedy chladící zařízení 43, neboť teplota bioplynu se v rámci jeho tlakování zvyšuje až na cca 45 °C. Chladicí jednotka pracuje s chladicím médiem freon a její výkon je navržen tak, aby zchladila bioplyn z 45 na 5 - 10 °C. Veškeré ventily instalované v zařízení na potrubí bioplynu a další ovládací prvky jsou u tohoto zařízení ovládány pneumaticky. Kromě nezbytných rozvodů stlačeného vzduchu je jako zdroj navržen elektrický kompresor s výstupním tlakem 6 až 8 bar.
Od pneumatického ovládání nezbytného pro extraktivní měření lze, při použití měření „in site“, kdy se měřící sondy vkládají přímo do plynového potrubí zařízení a jsou kabelem připojeny k samostatné vyhodnocovací jednotce, tedy zpravidla analyzátoru, zcela oddělenému od měřeného média, upustit.
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle vynálezu je použitelné pro úpravu bioplynu na plyn, označovaný zpravidla jako biometan, a to s úrovní složení, výhřevnosti a čistoty splňující kvalitativní požadavky na kvalitu zemního plynu pro pohon spalovacích motorů. Použití je možné i pro analogickou úpravu bioplynu pro jiné účely, kde je důležité snížení podílu CO2 a N2 (NH3) a určitý stupeň vyčištění, ale nejdůležitější oblastí využití je úprava bioplynu pro plyn, určený k pohonu spalovacích motorů. Kapacita zařízení v příkladném provedení může být modifikována na zpracování až 500 m3 bioplynu/hod., ale obecně lze vytvářet jednotky i vyšších kapacit, například i stavebnicovou metodou.
Claims (9)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu, vyznačené tím, že obsahuje alespoň dvě samostatné jednotky, a sice vstupní jednotku (10), s povahou odsiřovací sekce, vytvořené jako chemická odlučovací kolona a/nebo jako propírací kolona, upravená pro odsiřování na zbytkovou koncentraci H2S 2-7 mg/m3 bioplynu, a dále oddělovací jednotku, obsahující alespoň odvodňovací sekci (20), vytvořenou jako odvlhčovací kolona, upravená pro odstraňování vlhkosti až na zbytkovou koncentraci nejvýše 32 mg H2O/m3, a za ní zařazenou separační sekci (30), vytvořenou jako vysokotlaký separator ΟΟ2 s vysokotlakým odlučováním CO2 a navýšením podílu objemu CH4, a to separací s odlučováním ve více tlakových stupních s výstupními tlaky od 5 do 148 bar, upravený pro dosažení podílu CH4 alespoň 95 % objemových a pro dosažení nejvýše 2 % objemová CO2 a 0 mg N2(NH3)/kg.
- 2. Zařízeni podle nároku 1, vyznačené tim, že obsahuje ještě za oddělovací jednotku zařazené skladovací a plnicí zařízení (50) pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel nebo regulační stanici pro distribuci k využití bioplynu jako paliva o kvalitě zemního plynu.
- 3. Zařízení podle některého z nároků 1 až 2, vyznačené tím, že vysokotlaký separátor CO2 je vytvořen jako soustava vysokotlakého vícestupňového kompresoru (31), kde mezi jednotlivými stupni je vždy zařazen odlučovač (35) zkapalněné složky na bázi CO2 a výstup z posledního stupně vysokotlakého kompresoru (31) je propojen špinícím zařízením (50) pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel, kde před toto propojení je, v rámci oddělovací jednotky, vložena ještě dočišťovací sekce (40) vyrobeného biometanu.
- 4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačené tím, že odlučovač zkapalněné složky na bázi CO2 obsahuje jemný mechanický filtr (32), uhlíkový filtr (33) a alespoň jeden membránový separátor (34).
- 5. Zařízení podle některého z nároků 1až4, vyznačené tím, že plynový výstup alespoň jednoho membránového separátoru (34) je propojen zpět do odvodňovací sekce (20) a/nebo do některého z nižších stupňů kompresoru (31).
- 6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačené tím, že dočišťovací sekce (40) je vytvořena jako soustava odlučovacích kolon, a to jako soustava alespoň jedné kolony (41) závěrečného odvlhčení s náplní CaCI2 a alespoň jedné kolony (42) závěrečného dočištění CO2 a N2 (NH3) s náplní zeolitu.
- 7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačené tím, že odsiřovací sekce (10) je vytvořena jako chemická odlučovací kolona, s alespoň jedním absorbérem (1) s náplní, jejíž reakční složkou je hydratovaný oxid železitý, upravená pro průchod bioplynu a opatřená přídavným přívodem (11) vzduchu pro regeneraci náplně a odkalovacím vývodem (12) pro kondenzát.
- 8. Zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačené tím, že odvodňovací sekce (20) je tvořena alespoň dvěma separačními kolonami (21) s náplní CaCI2 a s jemným mechanickým filtrem (23), umístěnými před vstup a za výstup šroubového kompresoru (22) s výstupním tlakem 5 až 10 barů.
- 9. Zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačené tím, že odvodňovací sekce (20) je vytvořena jako odvlhčovaní kolona, obsahující za sebou zapojenou alespoň jednu komoru pro ohřev zpracovávaného bioplynu, a alespoň jednu komoru chlazení, opatřenou chladícím okruhem a odkalovacím vývodem pro odvod kondenzované vody.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2010-342A CZ306061B6 (cs) | 2010-05-03 | 2010-05-03 | Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2010-342A CZ306061B6 (cs) | 2010-05-03 | 2010-05-03 | Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2010342A3 true CZ2010342A3 (cs) | 2011-11-16 |
| CZ306061B6 CZ306061B6 (cs) | 2016-07-20 |
Family
ID=44913046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2010-342A CZ306061B6 (cs) | 2010-05-03 | 2010-05-03 | Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306061B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105132053A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-09 | 青岛海之源智能技术有限公司 | 沼气利用设备 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1754695A1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-21 | Gastreatment Services B.V. | Process and apparatus for the purification of methane rich gas streams |
| US20080134754A1 (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-12 | Funk Michael N | Process for converting biogas to a pipeline grade renewable natural gas |
| PT1953130E (pt) * | 2007-01-30 | 2011-10-04 | Mt Biomethan Gmbh | Procedimento e instalação para o tratamento de gases brutos que contêm metano e dióxido de carbono em particular biogás para a extracção de metano |
| US20080264254A1 (en) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | The Penn State Research Foundation | Novel sorbents and purification and bulk separation of gas streams |
| WO2009101669A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Adsorption Technology Industries, Ltd. | 吸着剤を利用したバイオ発酵ガスからのメタンの回収、精製方法 |
-
2010
- 2010-05-03 CZ CZ2010-342A patent/CZ306061B6/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105132053A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-09 | 青岛海之源智能技术有限公司 | 沼气利用设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ306061B6 (cs) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wawrzyńczak et al. | The pilot dual-reflux vacuum pressure swing adsorption unit for CO2 capture from flue gas | |
| RU2705340C2 (ru) | Адсорбирующие материалы и способы их применения | |
| TWI480089B (zh) | 空氣純化方法 | |
| US20240001286A1 (en) | Direct air capture and concentration of co2 using adsorbents | |
| US20150360166A1 (en) | Methods of separating molecules | |
| CN101691320B (zh) | 从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的装置 | |
| US20140053724A1 (en) | Method for separating off carbon dioxide in biogas plants | |
| US12605672B2 (en) | Method and system for upgrading biogas using PSA | |
| JP2013119503A (ja) | 硫化水素分離方法および装置並びにこれを用いた水素製造システム | |
| EA028938B1 (ru) | Система для адсорбции при переменной температуре и способ очистки текучих сред, использующий такую систему | |
| CN104340961A (zh) | 变压吸附制氧设备及方法 | |
| US9610534B1 (en) | Process for gas separations using zeolite SSZ-13 | |
| KR20110117809A (ko) | 고순도 바이오가스 정제시스템 및 바이오가스 정제방법 | |
| CN112107963A (zh) | 通过吸附单元和膜分离单元的组合处理包含voc和二氧化碳的甲烷料流 | |
| KR102035870B1 (ko) | 아르곤 가스의 정제 방법 및 정제 장치 | |
| Ganesan et al. | Pressure swing adsorption configurations for simultaneous production of high-purity biomethane and carbon dioxide from biogas | |
| CN108236829B (zh) | 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置 | |
| CN204151064U (zh) | 变压吸附制氧设备 | |
| CZ2010342A3 (cs) | Zarízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu | |
| US20210213384A1 (en) | Dehydration using biosorbents in modified pressure swing adsorption | |
| Bonaccorsi et al. | Comparison at laboratory scale of different types and configurations of commercial molecular sieves for one-step direct upgrading of biogas produced by anaerobic digestion | |
| CN103537174B (zh) | 一种原料气可循环使用的气体净化系统 | |
| KR100985912B1 (ko) | 바이오가스 수분 제거장치 | |
| RU2637242C1 (ru) | Способ регенерации адсорбента процесса осушки и очистки углеводородного газа (варианты) и система для его осуществления | |
| US8226744B2 (en) | Repressurization of a VSA treating a gas mixture comprising a fuel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190503 |