Физико-химическая очистка биогаза

Ковалева О. В., Ковалев В. В., Научно-исследовательский центр прикладной и экологической химии Молдавского государственного университета, Кишинев, Молдова
 Унгуряну Д. В., Технический университет Молдовы, Кишинев, Молдова

Технология получения биогаза путем анаэробного сбраживания органического сырья и отходов находит все большее применение. Обычно содержание метана в биогазе колеблется в пределах 55—70 %, и он горюч. Калорийность природного газа (9 343 ккал/м³) выше, чем биогаза (5 338 ккал/м³), что обусловлено наличием в последнем СО₂ (до 25—30 %), Н₂S и меркаптанов (до 1—1,5 %), а также некоторого количества других газов. В ряде случаев, например при анаэробной обработке жидкого навоза свинокомплексов, содержание метана в биогазе может снижаться до 30 %, и тогда он теряет способность к горению. Для использования биогаза в технологических процессах необходимо максимально повысить содержание метана в нем и исключить примесные газы, особенно сероводород, который обладает коррозионной агрессивностью по отношению к металлам, что выводит оборудование из строя. Иногда для очистки биогаза в качестве поглотителя используют воду. Однако эффективность такого метода низкая.

Мы использовали новые подходы к решению этой задачи и разработали установки, весьма перспективные для применения в технологии очистки биогаза.

Техническое решение по очистке биогаза от серосодержащих соединений (пат. МД № 2769) включает гальванохимическое генерирование гидроксида железа за счет внутреннего электролиза при контактировании металлической стружечной загрузки с коксом и возникновении гальванической пары. Для осуществления этого процесса используют металлическую стружку из низколегированных углеродистых сталей и металлургический кокс с крупностью частиц 5—7 мм в 3—5 %-м растворе хлорида натрия (рис. 1).

Рис. 1. Общий вида аппарата для очистки биогаза:

1 — цилиндрический корпус; 2 — окно загрузки; 3 — коническое основание; 4 — патрубок ввода биогаза; 5 — барботер; 6 — патрубок вывода биогаза; 7 — патрубок ввода раствора хлорида натрия; 8 — уровнемер; 9 — поплавковое устройство; 10 — вспомогательная емкость; 11 — перфорированный барабан; 12 — боковое отверстие; 13 — внутренние полки; 14 — загрузка; 15 — ось; 16 — сальниковое устройство; 17 — электропривод; 18 — командоаппарат; 19 — бункер; 20 — задвижка

Растворение железа происходит в поле короткозамкнутого гальванического элемента железо—кокс при переменном контакте компонентов гальванической пары за счет разности электрохимических потенциалов. В результате железо поляризуется анодно и переходит в раствор в виде ионов Fе²⁺ без наложения тока от внешнего источника, а кокс — катодно. С одной стороны, проведение процесса в растворе хлорида натрия устраняет пассивацию металлической загрузки вследствие специфической активности ионов хлора, с другой — способствует разрыхлению образующихся на ее поверхности оксидной и сульфидной пленок, которые в процессе перемешивания загрузки непрерывно удаляются и обновляются.

Разработаны установки, в которых абсорбентом является раствор извести (заявка на изобретение № 2008-017). Содержащийся в биогазе СО₂ селективно взаимодействует с известью:

Са(ОН)₂ + СО₂ — СаСО₃↓ + Н₂О.

Осадок карбоната кальция оседает и накапливается в конической части емкости. В объеме герметичного сепаратора возрастает давление, в результате чего часть поглощающей жидкости с образовавшимся осадком вытесняется в отстойник, где осадок выпадает на дно, а очищенная жидкость насосом вновь подается в разбрызгиватель сепаратора. По мере поступления газа в сепаратор давление в нем возрастает до рабочего. При этом открывается клапан, и метан из объема сепаратора через кассету с осушителем поступает в магистраль к потребителям.

В аппаратах другого типа для очистки биозага (пат. MД №2334, заявка на изобретение № 2008-0203) использовано свойство этаноламинов, в частности моноэтаноламина, селективно абсорбировать СО₂ и при нормальной температуре с образованием солей:

2RNH₂ + H₂O + CO₂ → (RHNH₂)₂CO₃,

2RNH₂ + H₂S →  (RHNH₂)₂S.

При нагреве до 100—105 °С соли легко разлагаются с выделением углекислого газа, сероводорода и исходного моноэтаноламина, который таким путем используется многократно.

Разработанный аппарат непрерывного действия (рис. 2) имеет герметичные зоны нагрева и охлаждения абсорбента.

Он работает по принципу вытеснения абсорбента из горячей зоны в холодную за счет избыточного давления, возникающего благодаря выделяющимся газам. В холодной зоне барботирующий биогаз очищается от примесных газов. Meтaн и десорбированные примесные газы отводятся на утилизацию.