METODY WZBOGACANIA I

OCZYSZCZANIA BIOGAZU

Kowalik Karolina

Kwasek Agnieszka

Szostak Dominik

WIADOMOŚCI WSTEPNE

Nowelizacja Prawa Energetycznego, która weszła w życie dnia 11

marca 2010 roku, (Art. 3 pkt. 20a), definiuje biogaz rolniczy,
jako: paliwo gazowe otrzymywane z surowców rolniczych, produktów
ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych,
produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolno-spożywczego
lub biomasy leśnej w procesie fermentacji metanowej.

Definicja biogazu wprowadzona na potrzeby rozliczania energii

wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii, zgodne z dyrektywą
2001/77/WE, zawarta jest w rozporządzeniu ministra gospodarki z dnia
19 grudnia 2005r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków
uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia,
uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła
wytworzonych w odnawialnych źródłach energii (Dz. U. Nr 261, poz.
2187, z późn. zm.). Definicja ta mówi, że:

Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z

instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych,
oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.

SKŁAD BIOGAZU

Nieoczyszczony biogaz składa się w ok. 65% (w granicach

50-75%) z metanu i w 35% z dwutlenku węgla oraz
domieszki innych gazów (np. siarkowodoru, tlenku węgla),
jego wartość opałowa waha się w granicach 17-27
MJ/m

3

 (Megadżuli na metr sześcienny biogazu, w warunkach

normalnych) i zależy głównie od zawartości metanu.

SKŁADNIKI

%

Metan CH4

55-75

Dwutlenek

węgla CO2

25-45

Azot N2

0-0,3

Wodór H2

1-5

Siarkowodór

H2S

0-3

Tlen O2

0,1-0,5

WYTWARZANIE BIOGAZU

Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie, stąd

nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy
odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory
fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów
odbywa się w stałych temperaturach 33-37 °C dla bakterii
metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70 °C dla bakterii termofilnych
oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o
powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu
roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton.

Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach

fermentacyjnych biogazowni. Najczęściej fermentacja zachodzi w nich w
temperaturze 30-40 stopni (fermentacja mezofilna)

Biogaz powstaje również w sposób naturalny np. na torfowiskach (głównie

z celulozy), nazywamy go wtedy gazem błotnym lub gazem gnilnym.

Czasami biogaz określa się jako agrogaz, zwłaszcza jeżeli uzyskujemy go

z gnojowicy lub obornika. Z 1m3 gnojowicy można uzyskać w przybliżeniu
20m3 biogazu, natomiast z 1m3 obornika nawet 30m3. Pozostałość po
fermentacji stanowi cenny nawóz.

METODY WZBOGACANIA I OCZYSZCZANIA

BIOGAZU

Technologia przekształcenia biogazu w gaz

ziemny opałowy wymaga przeprowadzenia
następujących operacji:



wzbogacenia, polegającego na usunięciu CO

2

,



oczyszczenia ze śladowych zanieczyszczeń,



osuszanie,



desulfuryzacja, czyli usunięcie związków

siarki, głównie siarkowodoru,



dezodoryzacja.

Wśród metod wzbogacania biogazu poprzez

usuwanie z niego CO

2

można wyróżnić

następujące metody fizykochemiczne:

Absorpcja

Polegająca na wypłukiwaniu zimną wodą CO

2

, w której

się on ( podobnie jak i H

2

S ) bardzo dobrze rozpuszcza,

w przeciwieństwie do CH

4

. Proces ten przeprowadza

się w skruberach, kolumnach absorpcyjnych,
płuczkach lub gazowo-wodnych cyklonach. Optymalne
warunki to:

p=1,0 ÷ 1,2 MpA

t= około 20 ºC

Poprzez ogrzanie wody odzyskuje się CO

2

a wodę po

schłodzeniu zwraca się do procesu.

Ciśnieniowa absorpcja umożliwia uzyskanie gazu o

zawartości CH

4

powyżej 96% przy wilgotności 100%.

Chemisorpcja

Przebiega jak absorpcja, ale zamiast wody

stosuje się roztwory związków chemicznych
( aminy, KOH, NaOH ).

Adsorpcja

Polega na pochłanianiu na powierzchni złoża o

dobrze rozwiniętej powierzchni ( ziemia
okrzemowa, węgiel aktywny ). Złoże
regeneruje się parą wodną lub przedmuchując
je powietrzem.

Membranowa separacja

Umożliwia, przez odpowiednie dobranie

materiału membrany i ciśnienia, oddzielenie
CO

2

od CH

4

. Ze względu na koszty metoda ta

może być stosowana od wydajności biogazu
powyżej 500 m

3

/h.

Badawcza instalacja membranowa do oczyszczania biogazu rolniczego.

Wykraplanie

Które przy ciśnieniu 20 MPa prowadzi do

skroplenia biogazu. W stanie ciekłym na sitach
molekularnych usuwa się z niego siarkowodór,
a następnie kieruje do kolumny
rektyfikacyjnej. Przy ciśnieniu 5 MPa najpierw
oddestylowuje CH

4

, którego temperatura

wrzenia wynosi -80ºC, a następnie CO

2

w

temperaturze t

w

= 15 ºC.

Oczyszczanie ze śladowych
zanieczyszczeń

Zachodzi jednocześnie podczas usuwania CO

2

,

które osadzają się na złożu adsorpcyjnym lub
są wypłukiwane przez płyn absorpcyjny.

Osuszanie

Osuszanie biogazu odbywa się jednocześnie z

jego odpylaniem w trakcie usuwania CO

2

metodami suchymi. W przypadku jednak
stosowania metod mokrych, w których
usuwanie pyłu zachodzi nadal, wilgoci w
biogazie przybywa. Do jej usuwania można
zastosować filtry z pochłaniaczami wody,
cyklony, separatory, wychładzacie,
kondensatory oraz inne rozwiązania.

Desulfuryzacja

Polega na usuwaniu związków siarki, głównie H

2

S, którego zawartość zależy od

rodzaju fermentowanych substratów. Z biomasy pochodzenia roślinnego
wydzielają się pomijalnie małe ilości C, z odchodów kurzych – do 0,5% a przy

fermentacji odpadów białkowych i melas sięga do 3%. Małe ilości
siarkowodoru rozpuszczają się w wodzie, dlatego usuwa się go
jednocześnie z CO

2

w metodach mokrych. Większe ilości wymagają

stosowania metod ze złożem stałym ( Fe

2

O

3

, węgiel aktywny, sito

molekularne, ziemia darniowa ) z roztworem alkalicznym, a także metod
bakteryjnych lub chemicznych typu redox np.:Biosulfex. Ta ostatnia
metoda jest wykorzystywana w oczyszczalniach ścieków w:



Mińsku Mazowieckim od 1993 roku do odsiarczania 50 m

3

/ h biogazu o

zawartości około 1% H

2

S przy sprawności 98%,



Piasecznie od 1995 roku:



40 m

3

/ h, 2,1% H

2

S, η= 98%,



Puławach od 1999 roku:



200 m

3

/ h, 2,0% H

2

S, η= 99,8%.

Koszty odsiarczania w tej metodzie wynoszą 0,01 PLN/ m

3

biogazu, a

trwałość katalizatora wynosi 5 lat jego eksploatacji.

Dezodoryzacja
(odwanianie)

Jest bardzo kosztowna, ze względu na

niewielkie stężenie substancji zapachowych,
dlatego jest stosowana jedynie w dużych
instalacjach. Tańsze jest dodawanie środków
zapachowych o większej intensywności.

Przykłady

zakładów

wzbogacania oraz

oczyszczania

biogazu.

W Szwajcarii od 1995 roku w ramach projektów

Kompo – Mobil I zbudowano zakład
oczyszczania i wzbogacania biogazu o
wydajności 12m

3

/h oraz Kompo – Mobil II o

przerobie 26m

3

/h o mniejszym zużyciu energii

oczyszczania o 8%, zawartości 96 ÷ 98% CH

4

,

braku H

2

S oraz punkcie rosy –65ºC. Koszty

instalacji wyniosły 450 000 EURO. Średnia
cena wyprodukowanego w ciągu roku (4500 h)
gazu wynosiła 0,68 EURO/kWh i jest
porównywalna do ceny 0,61 EURO/ dm

3

benzyny.

Podobne prace nad uzyskaniem oczyszczonego

oraz wzbogaconego biogazu są prowadzone w
Niemczech. Biogazownie przy oczyszczalni
ścieków w Stuttgarcie- Mühlhausen ( od 7 lat )
i Mönchengladbach – Neuwerk ( od 15 lat )
oraz w doświadczalnej rolniczej biogazowni w
Albersdorfie o wydajności 50 m

3

/h.

W 1992 roku w Szwecji powstała biogazownia w

Laholm do utylizacji 25 000 Gg/a ciekłej
gnojowicy i około 10 000 Gg/a innej biomasy
od około dwudziestu farmerów jak również z
odpadów z piętnastu zakładów przetwórstwa
rolno- spożywczego. Do 2000 roku z biogazu o
zawartości około 70% CH

4

wyprodukowała ona

10 ÷ 15 GW·h/a energii cieplnej dla około 300
domów. Po wybudowaniu oczyszczalni biogazu
w 2003 roku, gaz instalacją gazową trafił do
mieszkań, pokrywając w 30%
zapotrzebowanie mieszkańców na gaz i
dostarczając im 90 GW·h energii rocznie.

Biogazownia w

Liszkowie

Biogazownia rolni
cza w Nacławiu

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ!