Giriş: Biogas Yenilenebilir bir yakıt ve H2S Challenge
Biyogaz, organik malzemelerin tarım atıkları, insanure, belediye katı atıkları ve atık su çamuru, çok yönlü ve yenilenebilir enerji kaynağı olarak üretilen bir metafiğe (CH4, 50-70%) ve karbon dioksit (CO2, 30-50%), biyogaz, doğrudan ısı ve güç üretimi için kullanılabilir veya bir araç yakıtı için biyomalzeme (uygun) olarak kullanın.
Biyogaztatrasyonları yaygın olarak değişebilir, milyonların birkaç yüz parçasından (ppm) beslenme ve sindirme koşullarına bağlı olarak, H2S sulfurtoksitoksitoksit asitinin kaldırılması, bu da hasar motorların, türbinlerin ve altta ekipmanlarının alınması.
Biyogas'ta Hidrojen Sulfide Problemi
Hidrojen sulfidinin doğasını anlamak, yüksek konsantrasyonlarda, kokunun neden hızla tükendiğini ve şiddetli solunum sıkıntısının bilinçsiz olduğunu anlamak için önemlidir. H2S, akut toksisitesine ek olarak, H2S özellikle demir veya bakır içeren yüksek konsantrasyonlarda oldukça sert bir şekilde algılanabilir.Bu korozyon, buharlı su depolarının ve hatta kimyasalların bozulmalarına yol açar.
Birçok ülkedeki çevresel düzenlemeler, biyogaz yanmasından kaynaklanan sulfur emisyonlarını katı sınırlara sahiptir. Örneğin, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve Avrupa'daki benzer organlar H2S'nin genellikle 200-400 ppm'yi altında toplaması gerekir ve biyogaz fabrika operatörlerine enjekte edilen biyomalzemehane için 10 mg/Nm3'ün altında.
Aktif Karbon: Yapı ve Özellikler
Aktif karbon, kömür, Şok kabukları, ahşap, peat ve petrol kompucu gibi çeşitli karbon kaynaklı bir karbon biçiminden üretilen yüksek oranda göz ardı edilebilir bir karbon şeklidir.
Aktif karbon yapısı, geniş bir kirletici için bol miktarda adsorpsiyon siteleri sağlar. Ancak, karbon yüzeyi ile H2S molekülleri arasındaki etkileşim tamamen fiziksel değildir. Fonksiyonel gruplar (örneğin, potasyum Hidrojektif, karbonil, hidroxyl ve lactones) ile karbon yüzeyindeki etkileşimlerin belirgin şekilde azaltılması için nötralize edilebilir kimyasal reaksiyonlarla birlikte olabilir.
H2S'nin mekaniksel Karbonatları
Hidrojen sulfid'in aktif karbon tarafından kaldırılması, karbon ve işletim koşullarına bağlı olarak fiziksel ve kimyasal süreçlerin bir kombinasyonunu içerir. Bu mekanizmalar operatörlerin uygun ürün ve sistemi optimize etmesine yardımcı olur.
Fiiorpsiyon
virgin (önemli) aktif karbonlar, fizyoksitoksitler, H2S molekülleri, karbonun en iyi sıcaklık ve daha yüksek basınçlar için karbonatları tercih ettiği anlamına gelir.
Chemiorpsiyon ve Catalytic Oxidation
Daha yüksek kapasitelere ve daha güvenilir performansa ulaşmak için, aktif karbonlar genellikle alkali maddelerle (örneğin, NaOH, KOH) veya katalizörler (örneğin, KI) Bu tedaviler, adorptive ve katalitikten kaynaklanır. H2S molekülleri bir karbon yüzeyi ile temasa geçtiğinde, hızlı bir kimyasal reaksiyon gerçekleşir.
H2S + 1⁄2 O2 → S + H2O (catalytic oxidation to elemental sulfur)
) 2 H2S + 3 O2 → 2 H2SO4 (katalytic oxidation to sulfuric asit)
) H2S + 2 NaOH → Na2S + 2 H2O (N)
Oksijen varlığı (O2) biyogaztatında - karbon yüzeyindeki yatakları neredeyse% 0.5-1.5 - katletilmiş karbonlar için gerekli olan, göz ardı edilen karbon matrisi ağırlığıyla% 30'u aşan bir mikroenvironment sağlar, çünkü sulfurtun karbon yüzeyindeki yatakları kademeli olarak doldurur. Kontrol edilen koşullar altında, prefabrik karbonlar için önleyici karbonlar belirli gaz kompozisyonları ve ameliyat sıcaklıklarını azaltılabilir.
Desulfurization için Aktif Karbon Türleri
Tüm aktif karbonlar eşit değildir. Biyogaz desulfurizasyon için, iki geniş kategori piyasaya hükmedmektedir: virgin aktif karbon ve yırtıklı (veya kimyasal olarak gelişmiş) aktif karbon.
Aktif Karbon
Tankerli karbon sadece azarlanmış ve sadece H2S konsantrasyonlarının zaten çok düşük (örneğin, <50 ppm) veya birincil kesinti sonrası bir yataktaki karbonun 100 g'ü gerçekçi biyogaz koşullarından daha iyi azalttığı için en uygun şekilde kullanılır.Bazı operatörler, geçici olarak veya çok küçük ölçekli işletmeleri kullanıyor, ancak birincil bir karbon temizleme adımlarından sonra son bir bekçisi olarak tavsiye edilmez.
Aktif Karbon
İntran karbonlar aktivasyon sürecinde veya sonrasında bir veya daha aktif kimyasallarla tedavi edilir. Ortak dürtüler sodyum Hidroxide (NaOH), potasyum Hidroxide (KOH), 100 g (KI) ve metal oksitler yaygın olarak kullanılır:
- [FONT:0)Alkaline-impregnated karbonlar: Bunlar sodyum veya potasyum Hidroxide içerir. Onlar oldukça ucuz ve yaygın olarak kullanılabilir H2S konsantrasyonları için (yaklaşık 2.000 ppm) ve geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde etkilidirler (10-60°C).
- [FONT:0]Kataliz (KI-impregnated) karbonlar: ), Bunlar yüksek kapasite ve uzun hizmet ömrüne dair bir katalizör olarak hareket ederler.
Hibrit karbonlar hem alkali hem de katalizörler ile birlikte de kullanılabilir, daha geniş bir yelpazede performans sunar. Doğru türü seçmek belirli biyogaz kompozisyonuna, nem, sıcaklık ve operasyonel hedeflere bağlıdır.
Faktörler Performansı
Aktif bir karbon desulfurizasyon sisteminin etkinliği, bu faktörleri anlamak ve kontrol etmek, maksimum verimlilik, minimum işletim maliyetleri ve öngörülebilir hizmet yaşamı sağlar.
Moisture Content
Su buharı her zaman biogas'da (tipik olarak% 40-80’lik sefil nem tipik sıcaklıklarda) bulunur. Etkin olarak, belirli bir nem seviyesi aslında faydalıdır - H2S'yi karbon yüzeyine dağıtmaya ve taşımaya yardımcı olur ve kimyasal reaksiyonlara katılabilir. Ancak,% 50-% 90'lık bir nem nemlendirici sitelerini engeller ve kapasiteyi azaltır. Conversely, çok kuru gaz (<30% RH) kötü toplu transfer ve daha düşük verimlilik sağlar.
Sıcaklık Sıcaklık
Bağlanma genellikle daha düşük sıcaklıklarda tercih edilir, çünkü süreç daha iyi bir şekildedir. Ancak, katalitik oksidasyon için, minimum sıcaklık pratik bir oranda ilerlemeye yardımcı olur.En imkansız karbonlar 10°C ve 50°C arasında iyi performans sağlar.
Uzay Velocity (Gas Hourly Space Velocity, GHSV)
Gaz saatli uzay hızı, gaz akışı oranının oranıdır ( m3/h) karbon yatağının hacmine (m3).Süresel olarak gazın oturma süresini belirler.Daha düşük bir alan hız (uzun iletişim süresi) genellikle yüksek bir yük verimliliği sağlar, ancak daha büyük bir gemi ve daha fazla karbon yatağı için GHSV 500 ila 2,000 h-1 arasında beklenen yaşam süresine dayanan daha yüksek olur.
H2S Concentration ve Gas Piano
Yüksek H2S konsantrasyonları, karbonun daha hızlı doygunlaşmasına yol açıyor. Diğer kirleticilerin varlığı, amonyak veya uçucu organik bileşikler (VOCs) performansları korumak için oksijen kullanımı ve H2S kapasitelerini izlemeli. oksijen içeriği kedialitik karbon türleri için kritiktir; eğer O2 çok düşükse (<0.3) reaksiyona etkili bir şekilde devam edebilir.
Diğer Desulfurizasyon Teknolojileri ile Karşılaştırma
Aktif karbon H2S kaldırma için tek seçenek değildir. Alternatiflerin ayrıntılı bir anlayış operatörlerin bilgilendirilmiş kararlara yardımcı olur. Aşağıda ana teknolojilerin karşılaştırması vardır.
- [FONT:0)Iron Oksit (Iron Sponge): Bu geleneksel yöntem, H2S ile demir sulfid (FeS) oluşturmak için H2S ile tepki verme yeteneğiyle sınırlıdır.
- [FONT:0]Biyolojik Desulfurizasyon: [Döntgenler ve biyotrickling filtreler mikroorganizmaları kullanırlar (özellikle de KAYNAK:2).Thiobacillus yükleri[Dönetici 3 ), oksite H2S'nin elemental sulfur veya sulfate'ye en iyi operasyonlar için uygundur. Ancak, biyolojik sistemler kimyasal tüketimi ile sürdürülebilir, düşük enerji yaklaşımı ile hassastır.
- [FONT=0)Chemical Scov: [DÜDÜT:1] ıslak ovmada, biogas bir sıvı ile temasa geçti (örneğin, NaOH, amine çözümü veya demir-şekür) bu tür sistemler H2S seviyelerinin gerektirdiği biyomalzemeler için sık sık sık kullanılır.
- [FONT=0)Basın açıklaması: # 0 (S)|Sesme/S) / Membran Ayrılma: [Döneticiler, özellikle de H2S'den bazı dereceye kadar H2S'yi korumak için tasarlanmışlardır.
Aktif karbon, maliyet, basitlik ve etkili bir dengeyi vuruyor. Özellikle orta büyüklükteki biyogaz bitkileri için (100-500 Nm3/h), diğer teknolojilerden sonra parlatılması ve en az gözetimin kolaylaştırdığı uygulamalar için.
Yeniden nesil ve Spent Carbon'un Ayrılma
Aktif karbon desulfurizasyon için temel operasyonel düşüncelerden biri, sulfur ile bir kez karbonla ne ilgisi var. Rejenerasyon medyanın hayatını genişletebilir ve atıkları azaltamaz, ancak her zaman pratik veya ekonomik değildir.
virgin aktif karbon için, termal yenilenme (kontrollü bir atmosferde 800-900 °C'ye ısınıyor) orijinal adsorpsiyon kapasitesinin %90'ına geri dönebilir. Ancak bu süreç, önemli enerji tüketmektedir ve genellikle özel tesislerde yer alan tedavi gerektirir. Dahası, H2S yeniden keşfedildi ve çevre yararlarından bazılarına da zarar verebilir.
İLGİLİ: Karbonları genellikle uygulamada yeniden üretilmemektedir, çünkü yetersiz beslenme kimyasalları kullanım sırasında bozulmaktadır ve sulfurt atıkları (veya sulfur, sulfates) veya tehlikeli atıklar (eğer yüksek miktarda ağır metal veya diğer kirleticiler varsa) diğer karbonlar tarafından ele geçirilir.
Çevresel düzenlemeler giderek daha fazla genel yaklaşımları teşvik ediyor. Araştırma, elemental sulfur'u harcanan karbondan kurtarmak ve daha düşük enerji cezalarıyla yeniden üretebilmek için yöntemlere devam ediyor.
Ekonomik ve Operasyonel Tahminler
Aktif bir karbon desulfurizasyon sistemi toplam maliyeti, sermaye ekipmanı (vesel, boru, araçlama), medya maliyeti, yükleme, bakım ve periyodik medya değişimi. Tipik bir biyogaz tesisi için 300 Nm3/h'yi 1000 ppm konsantrasyon ile üretmiş, yıllık medya maliyeti yaklaşık 40.000 $ 'a kadar, yaklaşık $ 1.500 $ 'a kadar, Ngas maliyetine bağlı olarak, yaklaşık 1000 $ 'lık bir kayak sistemi için başka 10.000 $ 'lık bir diğer maliyetle aralıksız olarak, aktif karbon sistemleri, düşük maliyetli seçenekler arasında yer alıyor.
Operasyonel düşünceler şunları içerir: Yatakta basınç düşüşü (bu da, sulfur ile doldurulduğu gibi artışlar), örneklemeli H2S konsantrasyonu, ilerlemeyi belirlemek ve medya değişimini planlamak için bir araya gelmek için. Birçok sistem, kesinti veya alarm özelliklerini içeren otomatik kesintiler ve izolasyon prosedürlerini de dikkate almalıdır: Karbonu hava kirliliğini içeren reklamlar veya organik bileşikleri içeren hava kirliliğini açığa çıkarırken, bu biyogaz uygulamaları daha az yaygındır.
Yaşam döngüsü analizi, aktif karbon desülfurizasyon karbon ayak izininin, ayrıntılı ürün özellikleri, performans garantileri sağlayan tedarikçilere göre düşük olduğunu gösteriyor. Ancak, kontrat karbon üretimi kimyasal işleme ve enerji içerir, bu da sürdürülebilirlik değerlendirmelerine yol açtı.
Future Yol ve İnovasyonlar
Biyogaz desulfurizasyon alanı sürekli olarak gelişmektedir. Aktif karbon üreticileri, yüksek kapasitelere sahip gelişmiş malzemeler geliştiriyor ve tarımsal atıklardan üretilen biyokar, metal-organik çerçevelere (MOFs) veya metal oksit nanopartiküller, yüksek oranda düşük konsantrasyonlara sahip olan yüksek oranda karbonatları iyileştirmeye söz veriyor.Örneğin, tarımsal atıklardan üretilen biyoküresel karbon kompozitleri geleneksel karbon ile aktif hale getiriyor.
Başka bir eğilim, medya egzozunu tahmin etmek ve değişim-out programlarını optimize etmek için makine öğrenimi kullanan sensörlerin ve gerçek zamanlı izleme sistemlerinin entegrasyonudur. Bu, atılım ve gereksiz medya değiştirilmesi riskini azaltır. Bazı tedarikçiler şimdi maviden gelen renkli göstergelere sahip karbon sunuyor, operatörlere acil bir görsel cue veriyor.
Düzenleme sürücüleri de inovasyonu zorluyor. Daha fazla ülke sulfur emisyonlarını sıkı bir şekilde kabul ediyor ve dairesel ekonomi prensiplerini teşvik ediyor, verimli, yeniden kullanılabilir veya yeniden kullanılabilir olmayan desulfurizasyon medyaları da artıyor. Araştırma işbirliği üniversiteler, ulusal laboratuvarlar ve endüstriler bir sonraki nesil reklamcıların gelişimini hızlandırıyor.Son gelişmelerin bir genel bakış için, okuyucular, güvenilir ve sürdürülebilir enerji değerlendirmelerine başvurabilirler:0Yenilenebilir ve sürdürülebilir Enerji değerlendirmeleri
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Aktif karbon desulfurization, biyogaz yükseltmesinin temel taşı olarak kalır, mükemmel bir performans dengesi, maliyet ve operasyonel basitliği sunar. H2S kaldırma mekanizmaları ile - fizorpsiyon, koremisiyon veya katalitik oxidasyon yoluyla -operatörler belirli gaz kompozisyonu ve hedef çıkış konsantrasyonunu seçebilirler.
Alternatif teknolojiler var olsa da, aktif karbon birçok uygulama için farklı avantajları tutar, özellikle H2S konsantrasyonları ılımlı ve tutarlı olduğunda, gelişmiş bir karbonatlı karbonların, regenerable malzemelerinin ve akıllı izleme sistemlerinin sürdürülebilir enerji üretiminde aktif karbon rolünü güçlendirmeye devam edecektir. Herhangi bir biyogaz bitki operatörü güvenilir bir çözüm ararken, kanıtlanmış bir karbonu hak ediyor.
--- --- --- --- --- ---
Daha fazla okuma için, ABD Enerji Bölümü, biyogaz yükseltme teknolojilerinin mükemmel bir genel bakışını sağlar [ekstra bağlantı:0)https://www.enerji.gov/eere/bioenerji/biyogaz-upgrading). Ek olarak, EPA'nın AgSTAR programı biyogas desulfurizasyon üzerinde pratik rehberlik sunar:0:0|0|0|0|epa.gov/agstar