ניקוי ביוגז והכנתו לשימוש במנועי שריפה פנימית
 

מבוא

ביוגז  שנוצר מתהליכי עיכול אנאירובי של התכולה האורגנית בשפכים עירוניים, בפסולת עירונית ובמטמנות פסולת - הוא דלק ממקורות מתחדשים, נקי וידידותי לסביבה. לביו גז מספר שימושים אולם השכיח והמקובל ביותר הינו ניצולו תוך שריפתו במנועי שריפה פנימית ליצור חשמל וחום. אליה וקץ בה, חלק מהמרכיבים הכימיים בביוגז יגרמו לנזק חמור וישיר במנוע הגז כך שיש צורך הכרחי להפחית את תכולת המרכיבים האגרסיביים הללו בביוגז טרם הזרמתו למנוע הגז.

 

רכיבי הביו גז

עיכול אנאירובי של התכולה האורגנית מפיק גז מתאן (CH4) שהינו תרכובת אורגנית דליקה וחסרת צבע בתכולת אנרגיה אופיינית של כ  9.5 Kwh/Nm3 . התרכובת מופיעה גם בטבע כמרכיב העיקרי בגז טבעי. תכולת האנרגיה הגבוהה שחסית של המתאן מאפשרת שימוש יעיל תוך שריפתו במנועי שריפה פנימית וטורבינות ליצור חשמל ואנרגיה טרמית.
התכולה הכימית של הביוגז משתנה באופן ניכר בהתאם למקור החומרים האורגנים המתעכלים וכן בין היישומים בשפכים עירוניים, בפסולת עירונית ובמטמנות פסולת. להלן תכולה ממוצעת

 

אופיו של הביוגז 

מתאן דו תחמוצת פחמן חמצן מימן גופריתי
סיליקה / סילוקסנים אמוניה לחות יחסית / מים
Name Methane Carbon Dioxide
Oxygen Hydrogen Sulfide Siloxanes Amonia RH / Water

 

פורמולה כימית

CH4 CO2 O2 H2S Si NH3 H2O

תכולה

45-70% 30-55% ~2% ~4,000ppm  ~1,000ppm רווי בביוגז + מים חופשיים

 

רכיבים בעייתיים בביוגז

הרכיבים העלולים לגרום לנזקים חמורים במנוע ו/או להעלות משמעותית את עלויות התפעול הינם מימן גופריתי, סיליקה, לחות יחסית גבוהה+מים חופשיים

הפחתת מימן גופרתי

מימן גופרתי בשילוב עם אדי המים ביוגז יכול ליצור חומצה גופרתית (H2SO4) ודו תחמוצת גופרית (SO2) שהינים מאכלים אגרסיביים במיוחד לחלקי המתכת במנועי שריפה פנימיים וכן מסוכנים לבני אדם כאשר נפלטים בארובת מנוע הגז.
 

הטכנולוגיה המומלצת להפחתת שיעור המימן הגופריתי בביו גז הינה פילטר ביולוגי או בטרמינולוגיה המוכרתBiological Scrubber  . מינון זרם הביוגז עם חמצן, אשר מחמצן את מימן הגופריתי ליסודות גופרתיים [הזהרה: מימון לא נכון של חמצן עלול ליצור סכנת התפוצצות].
התהליך בפועל הינו שביוגז וכמות קטנה של אוויר מעורבבים וומוזרמים דרך אלמנטים פלסטיים או אבני טוף מכוסות בחיידקים. הביוגז והאויר מוזרמים מלמטה למעלה כנגד זרם מים המוזלף מלמעלה. האלמנטיים כאמור מגדילים את שטח הפנים למגע בין הביוגז, החיידקים והמים עם החומרים המזינים שבהם.  טייםתקשורת האריזה מגדילה את שטח פן קשר בין H2S בזרימת הגז, החומרים המזינים במים והחמצן והמעשים כנשא לחיידקים.

 

כאשר כמויות מוגבלות של חמצן מתווספות ביוגז, חיידקים ספציפיים כגון Acidothiobacillus להמיר H2S לחומצה גופרתית. חמצן (אוויר) הוא הוסיף בנסיבות מבוקרות לגז. מים וחומרים מזינים באופן אוטומטי רענון וריססו על התקשורת כנדרש והטמפרטורה נשמרת באופטימלי לתהליך הביולוגי באמצעות מחליף חום במחזור המים הלולאה.

 

Principal of operation

Biogas and a small amount of air are mixed and led through a packing media covered with bacteria. The gas is flowing counter currently with circulating water in a vertical column. The packing media enlarges the contact surface area between the H2S in the gas flow, the nutrients in the water and the oxygen and acts as a carrier for the bacteria.

When limited quantities of oxygen are added to the biogas, specific bacteria such as Acidothiobacillus convert H2S into sulfuric acid. Oxygen (air) is added under controlled circumstances to the gas. Water and nutrients are automatically refreshed and sprayed on the media as required and the temperature is kept at the optimum for the biological process by means of a heat exchanger in the water circulation loop.

 

מינון חמצן יכול להפחית H2S למתחת לרמות 50ppm מביוגז [אזהרה: לא כהלכה מינון STREAM ביוגז עם O2 יכול ליצור סכנת פיצוץ]. תחמוצת הברזל גם מסירה H2S כברזל גופרי. שיטה זו יכולה להיות רגישה לתוכן אדי מים הגבוהים של ביוגז. בנוסף לנקות של ביוגז של H2S לאחר שהופק, שיטות זמינות לצמצום תוכן H2S מביוגז מיוצר כוללות: שיתוף digestions, עיכול רב-שלבית חציצת pH הכור, וסילוק גופרית ממצעי הזנה.

H2S יהווה דו תחמוצת גופרית (SO2) וחומצה גופרתית (H2SO4) בעת השריפה וכתוצאה מכך קורוזיה מאוד אגרסיבית.קורוזיה, פשוטו כמשמעו, תפחית חייו של הציוד במורד הזרם על ידי שנים! זו הסיבה מדוע יצרני מנוע גז דורשים שH2S בגז הנקי לא יעלה על 100-250 עמודים לדקה. אחרת, עלויות תפעול לשינוי של שמן מנוע, מצתים ותחזוקה אחרת יגדלו באופן משמעותי. יתר על כן, יהיו עלויות גבוהות לתיקונים ואובדן הכנסה בתקופת שיפוץ ומורדות הפסקה.
תקני איכות האוויר הם נהג אחר כבעירה של ביוגז-ניקה un תגרום גשם חומצי מפליטות של דו תחמוצת גופרית (SO2).
הסרת אדי מים

כשמגיע ישירות מהמעכל, ביוגז יהיה בדרך כלל להיות רווי באדים. מלבד הפחתת הערך האנרגטי של ביוגז, מים יכולים להגיב עם H2S ליצור מימן יוני ו / או חומצה גופרתית, שהוא מאכל למתכות. קירור או עיצוב עבודה-צינור הגיוני יכול להתעבות ולהסיר את המים.ביוגז בדרך כלל דחוס לפני הקירור כדי להשיג נקודות טל גבוהות. מנגנוני הסרת אדי מים חלופיים כוללים ספיחה על: (1) ג'ל סיליקה וAl2O3 בנקודות טל נמוכים, (2) גליקול ומלחי hygroscopic בטמפרטורות גבוהות, ו- 3) מסננות מולקולריות.

 

מסקנות

ביוגז המופק מפסולת בעלי החיים יכול להיות משאב אנרגיה יקר. שמקורה בשריפה מתאן פסולת (ביוגז), גז חממה רב עוצמה מסולק שאחרת ישוחרר. אם נעשה שימוש במבערים פשוטים לבישול או לתאורת הגז ייתכן שלא צריך להתייחס אליהם לפני השימוש. עם זאת, לשימושים הדורשים גז לשימוש במנועי בעירה פנימית, דוודים או תאי דלק, ביוגז סביר להניח שיצטרך להיות pretreated כדי להסיר מזהמים מאכלים או מסוכנים.המזהם העיקרי של ביוגז הוא מימן גופרתי. כימיקל זה גם מגיב עם מים ליצירת חומצות מאכלים שיכול לתקוף מתכות ופלסטיק. מימן הגופרתי הוא גם רעיל וכמויות מספיקות גם מהוות סכנה בריאותית אפשרית אם אינו מטופל.