Biogas כדלק חוזר ואתגר H2S

ביוגז, המיוצר באמצעות העיכול האנירובי של חומרים אורגניים כגון פסולת חקלאית, מנורה, פסולת מוצקה עירונית, פסולת פסולת פסולת מים פסולת, מייצג מקור אנרגיה רב תכליתי ומתחדשת. Composed בעיקר של מתאן (CH4, 50–70%) ופחמן דו תחמוצת הפחמן (CO2, 30–50%), גזי גזי גז ביולוגיים יכולים לשמש ישירות לחום ולאנרגיה מודרגת ביעילות עבור הזריקה טבעית לשימוש בדלקים מסוכנים, או לשימוש בדלקים מסוכנים, כמו גם כן, כמו דלקים מסוכנים, אך הם בעלי דלקים מסוכנים, אך הם בעלי דלקים רעילים.

ריכוזי הידרוגן בביוגז יכולים להשתנות באופן נרחב, מכמה מאות חלקים למיליון (ppm) ליותר מ-10,000 ppm, בהתאם לתנאי ההזנה וה העיכול.כאשר נשרפו, H2S יוצרים דו תחמוצת גופרית (SO2) וחומצה sulfuric, אשר יכול לפגוע במנועי פחמן, טורבינות, מרתחים, ולמטה ציוד זרם.

הבעיה של Hydrogen Sulfide בביוגאס

הבנת האופי וההשפעה של sulfide מימן היא קריטית להעריך מדוע דיסוציאציה היא לא זניחה. H2S הוא גז חסר צבע עם ריח רקוב-גז ייחודי לזיהוי בריכוזים נמוכים כמו 0.5 pb. בריכוזים גבוהים יותר, זה מת במהירות תחושה של ריח ויכול לגרום מצוקה חמורה, חוסר הכרה, ואפילו מוות.בנוסף לדלקת חריפה שלה, כמו גם צינורות נחושת, במיוחד, כמו מחמת קיבה, או דחוסים, כמו לחץ דם מוקדם, במיוחד, או דחוסים של צינורות נחושת, או דחוסים, במיוחד, כמו לחץ דם חלש.

תקנות סביבתיות במדינות רבות מטילות מגבלות מחמירות על פליטות גזים מבעירות ביוגז.לדוגמה, הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) וגופים דומים באירופה דורשים כי H2S יופחת לריכוזים בדרך כלל מתחת ל-200–400 מ"מ עבור רוב יישומי המנוע, ותחת 10 מ"ג / Nm3 עבור ביומטראן מוזרק לתוך צינורות גז טבעי.

פחם פעיל: מבנה ונכסים

פחמן מופעל הוא צורה גבוהה של פחמן המיוצר ממגוון של מבשרי פחמן, כולל פחם, קליפות קוקוס, עץ, אפונה, ושמן coke.תהליך ההפעלה, אשר יכול להיות תרמי (פיזי) או כימי, יוצר רשת של micropores, mesopores, ומאקרוpores כי להגדיל באופן דרמטי את שטח הפנים הספציפי של החומר.

המבנה ה ⁇ של פחמן מופעל מספק שפע של אתרי מודעות עבור מגוון רחב של contaminants. עם זאת, אינטראקציה בין פני פחמן לבין H2S מולקולות אינה פיזית בלבד.נוכחות של קבוצות פונקציונליות (למשל, קבוצות המכיל חמצן המכילות כגון carboxyl, פחמן, הידרוקסל, ו לקטונות) על פני כדור הארץ פחמן יכול להשפיע באופן משמעותי על התנהגות רפלקטיבית, יתר על פחמן דו תחמוציום זה יכול להגביר את חומר כימי כגון דלקת ריאות, או פחמן, 000, 000, 000.

מכניזם של H2S Removal על פחמן פעיל

הסרת sulfide מימן על ידי פחמן מופעל כרוך שילוב של תהליכים פיזיים וכימיקליים, בהתאם לסוג של פחמן ותנאי הפעלה.הבנת מנגנונים אלה מסייעת למפעילים לבחור את המוצר המתאים ולבצע אופטימיזציה של המערכת.

Physisorption

בצהובה (לא משוחררת) מופעלת פחמן, physisorption היא המנגנון הדומיננטי. H2S מולקולות מוחזקות על פני השטח פחמן על ידי כוחות ואן דר Waals חלש יחסית.התהליך הוא הפיכה, כלומר, כאשר הפחמן הופך רווי עם H2S, ריכוז האינט בסופו של דבר יתפרק, ואת הפחמן חייב להיות מוחלף או regenerated.

Oxidation and Catalytic Oxidation

כדי להשיג יכולות גבוהות יותר וביצועים אמינים יותר, פחמן מופעל לעתים קרובות מוזנח עם חומרים אלקליין (למשל, OH, KOH) או זרזים (למשל, KI) טיפולים אלה להמיר את תהליך המודעות מפיזי בלבד ל chemisorptive ו Catalytic. כאשר H2S מולקולות באים במגע עם משטח פחמן מלוטש, תגובה מהירה מתרחשת כמו תגובות כימיות:

H2S + 1⁄2 O2 / H2O (חמצן קטליטי לסרפורה אלמנטלית) FLT:0 2 H2S + 3 O2 2 H2SO4 (חמצן אנליטי לחומצה sulfuric)FLT:1 H2S + N2S + 2 OH 2 H2S + 2 H2S 2 (אוב) ⁇ ) ⁇ ) ⁇

נוכחות של חמצן (O2) בביוגז - באופן מזערי 0.5-1.5% - חיוני עבור מסלול חמצון קטליטית. ⁇ פחמן ממטריקס מספק מיקרו-סביבה שבו התגובה יכולה להימשך ביעילות.הפסלים האלמנטליים שנוצרו על פני השטח פחמן, בהדרגה מילוי הטמפרטורות מבוקרות, פחמן לא מבוקר יכול להשיג H2S יכולות להסיר את רמת הסיכון, יותר מאשר את רמות הסוכרת הכימית, כי הוא נמוך יותר, כלומר, הוא מסוכן, הוא זיהום פחמן, הוא גבוה יותר, יתר על פני השטח של זיהום פחמן, הוא נמוך יותר, הוא מסוכן, הוא זיהום פחמן, הוא נמוך יותר, כי הוא זיהום פחמן, כי הוא זיהום פחמן, יותר.

סוגי פחמן מופעלים עבור Desulfurization

לא כל הפחמן המופעל נוצר שווה. עבור הביוגז desulfurization, שתי קטגוריות רחבות שולטות בשוק: בתולה הפעילה פחמן ומוטמעת (או משופרת מבחינה כימית) מופעל פחמן.

וירג'ין הפעיל פחמן

פחמן מופעל הבתולה הוא ללא טיפול ומסתמך רק על המבנה הפיזי שלה עבור מודעות.זה האפשרות היעילה ביותר אך יש לו יכולת מוגבלת עבור H2S - באופן חד-פעמי 1-5 גרם ל 100 גרם פחמן בתנאים ביוגז ריאליים מציאותיים.זה מתאים ביותר עבור ליטוש יישומים שבהם ריכוזי H2S כבר נמוך מאוד (למשל, <50m) או משמר סופי לאחר צריכת פחמן נמוכה מאוד, בדרך כלל, כאשר רמות גבוהות מאוד של פחמן H2S הן אינן גבוהות מאוד.

פחם מופעל

פחמן לא מוסדר מטופלים עם אחד או יותר כימיקלים פעילים במהלך או לאחר תהליך ההפעלה.מזהמים נפוצים כוללים תחמוצת נתרן (NaOH), אשלגן hydroxide (KOH), אשלגן iodide (KI), ו תחמוצת מתכת כגון תחמוצת אבץ (ZnO) או תחמוצת נחושת (CuO) אלה תוספים לקדם chemisorption ו קטליטיזציה, עלייה דרמטית של H2s ל- 2 גרם פחמן (לעתים קרובות) או פחמן גדול של פחמן (Cretextextextextextextextextextextextextextextextextextexa) או 2) או 2) או 2Gate) או 2 גרם) או נפח גדול של פחמן (Cretexax) או 2 (Cretrad) או נפח של פחמן (Cretexaxtexax) או 2) או פחמן (C) או פחמן (Cretrax) או פחמן (Cretrastgator) או 2 (Cretrax) או 2 (Cretraxator) או 2 (Cretraxator) או פחמן (Cretratexax

  • (FLT:0) אלקלליין-מפואר פחמן: אנדלוסיה: 1 אלה מכילים נתרן או תחמוצת אשלגן.הם עובדים היטב עבור ריכוזי H2S נמוכים עד בינוניים (עד 2,000 ppm) והם יעילים על פני טווח טמפרטורה רחב (10-60 מעלות צלזיוס) הסביבה אלקליין נטרלה H2S חומצי וממירה אותו למלחים או סול הם זולים יחסית.
  • (FLT:0Catalytic (KI-impregnated) פחמן: FLT:1 אלה מוזנחים עם אשלגן iodide, אשר פועל כזרז עבור חמצון של H2S לסרפורמנטאלי בנוכחות של פחמן קטליטי הם מועדים עבור ריכוזי H2S גבוהים (מעל 2,000m) ויישומים גבוהים יותר מאשר תנאי פחמן אקספונקטיים יותר מאשר דרישות גבוהות יותר.

פחמן היברידיים מופרשים עם אלקלי וזרז זמינים גם, המציע ביצועים משופרים על מגוון רחב יותר של תנאים.בחירת הסוג הנכון תלויה בהרכב ביוגז ספציפי, לחות, טמפרטורה ומטרות תפעוליות.

גורמים המשפיעים על ביצועי

יעילותה של מערכת הפלפוריזציה פחמן מופעלת תלויה במספר משתנים הקשורים.הבנת ושליטה בגורמים אלה מבטיחה יעילות מקסימלית, עלויות הפעלה מינימליות וחיי שירות צפויים.

המונחים: content

מים פנויים תמיד נוכחים ביוגז (בדרך כלל 40–80% לחות יחסית בטמפרטורות אופייניות) עבור פחמן מופעל לתפקד כראוי, רמה מסוימת של לחות הוא למעשה מועיל - זה עוזר לפזר ולהעביר H2S אל פני כדור הארץ פחמן ועשוי להשתתף בתגובות כימיות.אבל, יותר מדי לחות מתכנסת בפוד, חסימת אתרי מודעות או צמצום יכולת קונסוראלית, מאוד <90% יכול לעתים קרובות להפעיל יעילות מסחרית (RH) באופן בלתי רגיל על ידי פחמן-חום) כדי להפעיל לחץ דם נמוך יותר מ-RH% או נמוך יותר מ-חום (RH) בטמפרטורה נמוכה יותר מ-RHHHHHH% 50H) באופן אוטומטי).

טמפרטורה

אדמירציה היא בדרך כלל לטובת טמפרטורות נמוכות יותר כי התהליך הוא אקסותרמי.עם זאת, עבור חמצון קטליטי, הטמפרטורה המינימלית נדרשת עבור התגובה להמשיך בקצב מעשי.רוב פחמן לא מבוקר לבצע היטב בין 10 מעלות צלזיוס ו 50 מעלות צלזיוס. טמפרטורות גבוהות יותר (>60 מעלות צלזיוס) יכול להפחית את הכימיקלים של תפקוד הרחם ולהפחית את היכולת.

Space Velocity (Gas Hourly Space Velocity, GHSV)

מהירות שטח גז היא היחס של קצב זרימת הגז (ב m3/h) לנפח של מיטת הפחמן (ב- m3).זה קובע את זמן המגורים של הגז במיטה המודעות (במטר 3/h) למהירויות חלל נמוכות יותר (זמן מגע ארוך יותר) בדרך כלל נותן יעילות גבוהה יותר של הסרת משקל, אך דורש כלי שיט גדול יותר וערכי פחמן אופייניים יותר עבור biogas desfurization בין 500 ל- h2, אם הוא צפוי להיות גבוה מדי, כלומר, כלומר, אם הוא גבוה מדי, כלומר, מהירות גבוהה מדי, כלומר, כלומר, כלומר, אם הוא גבוה מדי, כלומר, כלומר, כלומר, מהירות גבוהה מדי, אם הוא גבוה מדי, אם הוא גבוה מדי, הוא גבוה מדי, כלומר, יותר מדי, יותר מדי, הוא דורש כלי שיט גבוה מדי, יותר מדי, גבוה מדי, גבוה מדי, גבוה מדי, גבוה מדי, פחמן.

H2S ריכוז וספורט

ריכוזי H2S גבוהים יותר מובילים לשקע מהיר יותר של פחמן.נוכחותם של אחרים כגון siloxanes, אמוניה, או תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs) יכול להתחרות באתרי מודעות ולהפחית את יכולת ה- H2S. תוכן חמצן הוא קריטי עבור פחמן קטליטי; אם O2 הוא נמוך מדי (0.3%), התגובה חמצון לא יכול להמשיך ביעילות את סוג של תפקודים ועלולים להתאים את כל רכיבי החמצן הרלוונטיים.

השוואה עם טכנולוגיות אחרות

פחמן מופעל אינו האפשרות היחידה להסרה H2S. הבנה מעמיקה של חלופות מסייע למפעילים לקבל החלטות מושכלות.

  • (FLT:0) Iron Oxide (Iron Sponge): 1 שיטה מסורתית זו משתמשת תחמוצת ברזל (Fe2O3) כדי להגיב עם H2S כדי ליצור sulfide ברזל (FeS) זה פשוט וזול עבור מתקנים קטנים עד בינוני אבל יש יכולת נמוכה יותר מאשר פחמן מוכל, דורש החלפת מדיה רגילה, ומייצרת אמצעי תקשורת מסוכנים יש גם יכולת מוגבלת לטיפול בריכוז H2S.
  • (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Chemical Scrupping: FLT:1 in רטובה, biogas הוא מגע עם נוזל (למשל, NaOH, פתרון amine, או ברזל-chelate) סופג ומגיב עם H2S. מערכות אלה להשיג רמות הסרה גבוהות מאוד (99.9%+) ויכולים להתמודד עם ריכוזי H2S עם זאת, הם מעורבים הון גבוה יותר ועלויות נמוכות של מים.
  • (FLT:0) ,Pressure Swing Adsorption (PSA) / Membrane הפרדה:03FLT:1 טכנולוגיות אלה נועדו בעיקר להסרת CO2 אבל גם להסיר H2S במידה מסוימת. הם יקרים ובדרך כלל בשימוש רק במפעלים ביומטראן בקנה מידה גדול.פעיל פחמן פעיל משמש לעתים קרובות כשומר לפני תהליכים אלה כדי להגן על מודעות רגישות או או או או או או או עבריינים מ-HS2ing.

פחמן מופעל איזון בין עלות, פשטות ויעילות.זה מתאים במיוחד עבור צמחי ביוגז בינוני בגודל בינוני (100–500 Nm3/h), עבור ייבוש לאחר טכנולוגיות אחרות, וליישומים שבהם קלות הפעולה וראייה מינימלית הם סדרי עדיפויות.

חידוש ודיספוסל של פחמן

אחד השיקולים התפעוליים המרכזיים של הפלוריזציה המופעלת הוא מה לעשות עם הפחמן ברגע שהוא הופך רווי עם sulfur. Regeneration יכול להאריך את חיי התקשורת ולצמצם את הפסולת, אבל זה לא תמיד מעשי או כלכלי.

עבור בתולה מופעל פחמן, התחדשות תרמית (התחממות 800-900 מעלות צלזיוס באווירה מבוקרת) יכול לשחזר עד 90% של יכולת המודעות המקורית.עם זאת, תהליך זה צור אנרגיה משמעותית ולעתים קרובות דורש טיפול מחוץ לאתר במתקנים מיוחדים. יתר על כן, H2S שוחרר במהלך התחדשות ויש לטפל בו בנפרד, שולל כמה מהתועלת הסביבתית.

פחמן לא מתוחזר בדרך כלל לא regenerated בפועל כי כימיקלים לא מבוקרים במהלך השימוש, ואת תוצרי לוואי של sulfur (המשופרית, sulfates) הם כבולים מבחינה כימית. מנסה לשחזר את פחמן אלה לעתים קרובות תוצאות בהחלמה גרועה ועלות גבוהה.

תקנות סביבתיות מעודדות יותר ויותר גישות מעגליות.מחקר מתמשך לשיטות כדי לשחזר את הקרע האלמנטרי מפחמן מובזבז ולפתח פחמן רב-הערך עם עונשי אנרגיה נמוכים יותר.עד אלה הופכים למסחריים, מפעילי צריכה להיות תקציב להחלפת אמצעי תקשורת סדירים (בדרך כלל כל 6-18 חודשים בהתאם לעומס H2S) ולסילוקציה נאותה.

שיקולים כלכליים ומבצעיים

העלות הכוללת של מערכת הפלפוריזציה מופעלת של פחמן כוללת ציוד הון (שלל, פישוט, כלי), עלות התקשורת, ההתקנה, תחזוקה והחלפת מדיה תקופתית. עבור צמח ביוגז טיפוסי המייצר 300 Nm3 /h עם ריכוז H2S של 1,000 ppm, העלות השנתית עשויה לנוע בין $5,000 ל- 40,000 $ ל- 40,000, בהתאם לסוג של פחמן ותמחור מקומי.

שיקולים תפעוליים כוללים: ניטור לחץ יורד על פני המיטה (אשר עולה כי pres למלא עם sulfur), הדגימה effluent H2S ריכוז כדי לקבוע פריצת דרך, ושינויים בתקשורת לוח זמנים. מערכות רבות כוללות תכונות עקיצות או אזעקה אוטומטיים כדי למנוע גז לא מטופל לעבור דרך. המפעילים חייבים גם לשקול בטיחות: פחמן מושקע יכול להיות pyrophoric כאשר הוא נחשף אוויר מכיל מודעות אורגניות פחות או יותר, אם כי הוא פחות נפוץ הוא מתאורגן.

ניתוח מחזור חיים מראה כי טביעת הרגל פחמן של פליטת פחמן מופעלת היא נמוכה יחסית בהשוואה לנפיחות כימית באנרגיה אינטנסיבית.עם זאת, ייצור פחמן מלוטש כרוך עיבוד כימי ואנרגיה, אשר צריך להיות מופקד לתוך הערכות קיימות. כאשר מיקור פחמן מופעל פחמן, מפעילי צריך לחפש ספקים המספקים מפרטים מוצר מפורט, ביצועים, ולקחת אפשרויות למזער פסולת.

כיוונים עתידיים וחדשנות

התחום של יצרניות הפחמן המופעלות על ידי ביוגז מתפתח בהתמדה.יצרניות פחמן מופעלות הן מתפתחות חומרים מתקדמים עם יכולות גבוהות יותר, חיים ארוכים יותר, ואת היכולת לעבוד בתנאים מאתגרים.לדוגמה, פחמן מורכב מטבוליות עם מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) או חלקיקים מתכת להראות הבטחה ללכידת H2S בריכוז נמוך מאוד תוך שמירה עלסלקטיביות גבוהה, המיוצרת מצריכת פחמן נמוכה, בעוד שייתכן כיפתן עשוי להיות מופעלת באופן טבעי, כמו חומרים כימיים איטיים לפחמיים עם פחמן, בדרך כלל, כמו פחמן, עשוי להיות מופעלת נמוכה יותר, אך ורק פחמן, כמו פחמן, כמו פחמן, כמו פחמן, בדרך כלל, כמו פחמן, עשוי להיות מופעלת, כמו פחמן, כמו פחמן, עשוי להיות מופעלת, 000 נמוך יותר, 000 פחמן, 000 פחמן, יכול להיות מופעלת, 000 פחמן, 000.

מגמה נוספת היא שילוב של חיישנים ומערכות ניטור בזמן אמת המשתמשות בלמידה של מכונה כדי לחזות את תשישות התקשורתית ואופטימיזציה של לוחות הזמנים של שינוי-out.זה מפחית את הסיכון של פריצת דרך והחלפת מדיה מיותרת.חלק מהספקים מציעים כעת פחמן עם אינדיקטורים בצבע מובנה שמשנים מכחול לשחור כמו המיטה ליד השכור, נותן למפעילים רמז ראייה מיידי.

נהגים רגולטורים דוחפים גם חדשנות.כפי שמדינות אחרות מאמצות מגבלות מחמירות על פליטות הסרפרפור ולקדם עקרונות כלכלה מעגלית, הביקוש ליעילות, להתחדשות, או למחזור תקשורת של דיסוציאציה מחוסמת יתר יעלה.

מסקנה

ייצור פחמן מופעל נשאר אבן הפינה של שדרוג ביוגז, המציע איזון מצוין של ביצועים, עלות ופשטות תפעולית.על ידי הבנת המנגנונים של H2S - בין אם באמצעות physisorption, chemisorption, או חמצון קטליטי - או מציצים יכולים לבחור את הסוג המתאים ביותר של פחמן עבור הרכב הספציפי שלהם ולכוון ריכוז תקין.

בעוד שטכנולוגיות חלופיות קיימות, פחמן מופעל יש יתרונות ברורים עבור יישומים רבים, במיוחד כאשר ריכוזי H2S הם בינוני ועקבי.הפיתוח המתמשך של פחמן מאוכלים מתקדמים, חומרים מתחדשים, ומערכות ניטור חכמות ימשיכו לשפר את תפקידם של פחמן פעיל בייצור אנרגיה בר קיימא.עבור כל מפעיל צמח ביוגז מחפש פתרון אמין, מתעתק, מופעל פחמן ראוי לשקול רציני כחלק מאסטרטגיה משולבת גז.

- - - -

לקריאה נוספת, מחלקת האנרגיה של ארה"ב מספקת סקירה מצוינת של טכנולוגיות שדרוג ביוגז (קישור חיצוני: 0https: www. Energy.gov/eere/bio Energy/biogas-upgradingigingigingFLT:1] בנוסף, תוכנית AgSTAR של EPA מציעה הדרכה מעשית על biogas desfurization (קשר ternal:Frea:2v:2DV).