CZ21505U1 - Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro úpravu bioplynu, spočívající především v odloučení CO₂ za současného navyšování objemu CH4 tlakováním a dále pak v odstraňování H₂S, vlhkosti (H₂O) a

N₂ (NH₃), a to pro použití jako paliva, včetně paliva motorového.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známa zařízení pro úpravu bioplynu na plyn s vlastnostmi srovnatelnými se zemním plynem, kde taková zařízení obsahují především sekce separace plynů, pro oddělení zejména CO₂, a to na principu vypírání plynů ve vodě nebo i v jiných kapalinách, a to za nízkého nebo i za vysokého, resp. střídavého tlaku, přičemž se využívá různých adsorpčních a absorpčních schopností a vlastností těchto kapalin. Další možností je adsorpce CO₂ na tuhém adsorbentu s užitím střídavého tlaku. Právě modifikací tlaků a teplot lze ještě významně zvyšovat naznačenou efektivnost jímavých kapalin i případně užitého aktivního uhlí. Existují i zařízení na základě separace složek bioplynu pomocí molekulárního síta. Taková separace sice umožňuje získat plyn s převažujícím podílem metanu a s ostatními vlastnostmi, které jsou také v podstatě vyhovující, ale zařízení, pracující na popsaném principu, jsou výrobně i provozně značně nákladná. Dále pak je třeba, pro použití takto získaného paliva jako paliva motorového, v návaznosti na popsanou separační stanici instalovat ještě stanici plnicí, a to typu plnicí stanice CNG, čímž se zařízení stává ještě nákladnějším a také energeticky náročnějším, neboť významný podíl na nutném ener20 getickém příkonu celého procesu má jak výroba biometanu na adsorpčním a/nebo absorpčním principu, tak i stlačování biometanu pro plnění nádrží, především ve vozidlech. Vedle již uvedených nevýhod je hlavní nevýhodou dosavadních známých a zde popsaných zařízení i jejich vysoká investiční náročnost, která má v současnosti za následek ekonomicky přijatelnou realizovatelnost pouze u zařízení s výrobní kapacitou alespoň 500 m³ surového bioplynu za hodinu, tedy cca

4000 tis. m³/rok.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se řeší v podstatné míře zařízením pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu, kde podstata spočívá v tom, že zařízení obsahuje alespoň dvě samostatné jednotky, a sice vstupní jednotku, s povahou odsiřovací sekce vytvořené jako chemická odlučovací kolona a/nebo jako propírací kolona, upravená pro odsiřování na zbytkovou koncentraci H₂S 2 až 7 mg/m³ bioplynu, a dále oddělovací jednotku obsahující alespoň odvodňovací sekci, vytvořenou jako odvlhčovací kolona, upravená pro odstraňování vlhkosti až na zbytkovou koncentraci nejvýše 32 mg H2O/m³, a za ní zařazenou separační sekci, vytvořenou jako vysokotlaký separátor CO2 s vysokotlakým odlučováním CO₂ a navýšením podílu objemu CH4, a to separací s odlučováním ve více tlakových stupních s výstupními tlaky od 5 do 148 bar, upravený pro dosažení podílu CH4 alespoň 95 % objemových a pro dosažení nejvýše 2 % objemová CO₂ a 0 mg N₂ (NH₃)/kg. S výhodou za oddělovací jednotku je zařazeno skladovací a plnicí zařízení pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel nebo regulační stanice pro distribuci k využití bioplynu jako paliva o kvalitě zemního plynu. Výhodou je dále, jestliže vysokotlaký sepa40 rátor CO₂ je vytvořen jako soustava vysokotlakého vícestupňového kompresoru, kde mezi jednotlivými stupni je vždy zařazen odlučovač zkapalněné složky na bázi CO₂ a výstup z posledního stupně vysokotlakého kompresoru je propojen s plnicím zařízením pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel, kde před toto propojení je, v rámci oddělovací jednotky, vložena ještě dočišťovací sekce vyrobeného biometanu. Výhodné je také, jestliže odlučo45 vač zkapalněné složky na bázi CO₂ obsahuje jemný mechanický filtr, uhlíkový filtr a alespoň jeden membránový separátor. S výhodou plynový výstup alespoň jednoho membránového separátoru je propojen zpět do odvlhčovací sekce a/nebo některého z nižších stupňů kompresoru. Dočišťovací sekce je s výhodou vytvořena jako soustava odlučovacích kolon, a to jako soustava

-1CZ 21505 Ul alespoň jedné kolony závěrečného odvlhčení s náplní CaCl₂ a alespoň jedné kolony závěrečného dočištění CO₂ a N₂ (NH₃), s náplní zeolitu. Výhodné je dále, jestliže odsiřovací sekce je vytvořena jako chemická odlučovací kolona s alespoň jedním absorbérem s náplní, jejíž reakční složkou je hydratovaný oxid železitý, upravená pro průchod bioplynu a opatřená přídavným přívodem vzduchu pro regeneraci náplně a odkálo vacím vývodem pro kondenzát. S výhodou potom je odvodňovací sekce tvořena alespoň dvěma separačními kolonami s náplní CaCl₂ a s jemným mechanickým filtrem, umístěnými před vstup a za výstup šroubového kompresoru s výstupním tlakem 5 až 10 barů. Alternativně je odvodňovací sekce vytvořena jako odvlhčovaní kolona, obsahující za sebou zapojenou alespoň jednu komoru ohřevu, upravenou pro ohřev zpracovávaného bioplynu, a alespoň jednu komoru chlazení, opatřenou chladicím okruhem a odkálo vacím vývodem pro odvod kondenzované vody. Přitom hlavní vícestupňový kompresor pak má pracovní tlaky od 5 až do 148 barů (0,5 až 14,8 MPa), jak je patrné již ze základního provedení, shora popsaného.

Takto se dosáhne vytvoření zařízení pro úpravu bioplynu na plyn, použitelný především jako motorové palivo, přičemž toto zařízení je investičně i provozně nenáročné, a to především v oblasti relativně nízkých objemů zpracovávaného bioplynu.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je patrné schéma celého zařízení v příkladném provedení, na obr. 2 je detail zapojení odsiřovací sekce s úpravou pro přepínání průtoku, na obr. 3 je v axonometrii příklad praktického vytvoření konstrukce oddělovací jednotky, načež ještě na obr. 4 je patrná tatáž oddělovací jednotka, tentokrát v půdoryse.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení v příkladném provedení je vytvořeno jako stanice pro úpravu bioplynu na plyn s kvalitou zemního plynu, označovaný též jako biometan, kde výstupem je plnicí stanice tlakových nádob u soustav pro pohon vozidla se systémem na CNG a regulační stanice pro využití plynu jako paliva o kvalitě zemního plynu. Dále je uváděn podrobný popis příkladného provedení tohoto zařízení.

- Vzorové řešení zařízení na úpravu bioplynu o výkonu 45 m³/hod.

Funkce zařízení

Zařízení řeší úpravu bioplynu na kvalitu motorového paliva pro zážehové motory a zabezpečuje další doplňkové funkce jako:

- skladování vyčištěného bioplynu,

- plnění bioplynu do motorových vozidel,

- regulování tlaku bioplynu pro jeho využití jako paliva v kvalitě zemního plynu.

Užitné vlastnosti zařízení

Bioplyn vyráběný na tomto zařízení, tedy bioplynové stanici, dále též jen BPS, obsahuje méně O₂ než vyžaduje jeho uplatnění jako motorové palivo pro zážehové motory. Proto se provádí pouze úprava parametrů CH4, CO₂, H₂S, vodní páry (H₂O) a N₂ (NH₃).

Orientační parametry, na které je zařízení navrženo

Výkonnost 45 m³ bioplynu/hod *

Provozní doba 24 hod/den

360 dnů/rok 8640 hod/rok

Kapacita

-2CZ 21505 Ul

- bioplyn před zpracováním 388 800 m³/rok, 45 m³/hod *

- bioplyn po zpracování 233 280 nv/rok, 27 m³/hod *

Poznámka: * Kapacita zařízení je udávána v objemu bioplynu při tlaku 0,1 bar (0,01 MPa ) tak, jak je přiváděn z reaktoru BPS.

Užitné vlastnosti zařízení Hodnoty upraveného bioplynu:

CH4 min. 95 % objemu

CO₂ 2 % objemu

H₂S 2 až 3 mg/m³

H₂O 32 mg/m³

N₂ (NH₃) cca 0 %

- Seznam provozních souborů, resp. jednotek a sekcí, a jejich strojů a zařízení, včetně hlavních parametrů:

Výkony dílčích zařízení jsou udávány v objemech bioplynu při tlaku 0,1 bar (0,01 MPa).

- Vstupní jednotka 10. vytvořená jako odsiřovací sekce se dvěma absorbéry i, opatřená přídavným přívodem 11 vzduchu pro regeneraci náplně a odkalovacím vývodem 12 pro odvod případného kondenzátu.

Princip: adsorbér pracuje na bázi chemisorpce sulfanu na hydratováném oxidu železitém a vykazuje příkladně tyto parametry kapacita provozní tlak parametry bioplynu; H₂S na vstupu H₂S na výstupu teplota na vstupu teplota na výstupu v létě v zimě až 50 m³/hod (max. 65 m³/hod) 0,1 bar (0,01 MPa)

1390 (3500) mg/m³ bioplynu max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu 40 °C až 35 °C °C

Oddělovací jednotka obsahuje odvodňovací sekci 20, pracující na bázi adsorpce H₂O v náplni krystalického CaCl₂, a dále pak separační sekci 30 a doěišťovací sekci 40.

vstupní parametry bioplynu: tlak

H₂S na vstupu vlhkost množství CH4 množství CO ₂ teplota na vstupu v létě v zimě

0,1 bar (0,01 MPa) max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu 7 (max. 10) % objemu 55 (min. 40) % objemu 33 (max. 55) % objemu až 35 °C °C

Komponenty zařízení odvodňovací sekce 20:

Separaění kolona 21 od vlhčení s náplní CaCl₂ a výměnným jemným mechanickým filtrem 23 o propustnosti 0,01 μ.

výkon provozní tlak náplň až 50 m³/hod

0,1 bar (0,01 MPa)

100 kg krystalického CaCl₂, výměna náplně doporučena po 4 měsících provozu

-3 CZ 21505 Ul

Šroubový kompresor 22 s tepelným výměníkem 221 a dalším obvyklým příslušenstvím.

výkon 40 až 50 m³/hod vstupní tlak 0,1 bar (0,01 MPa) výstupní tlak 8 bar (max. jištění) (0,8 MPa)

Separační kolona 21 odvlhčení s náplní CaCl₂ a výměnným mechanickým filtrem o propustnosti 0,01 μ, zařazená jako další, ještě za šroubovým kompresorem 22.

výkon 40 až 50 m³/hod provozní tlak 8 bar (0,8 MPa) náplň 100 kg CaCl₂, výměna náplně po 4 měsících provozu

Výstupní parametry bioplynu:

tlak

H₂S vlhkost (H₂O) množství CH₄ množství CO₂ teplota v létě v zimě bar (0,8 MPa) max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu max, 34 mg/m³ bioplynu 55 (min. 40) % objemu 33 (max. 55) % objemu až 45 °C °C

Separační sekce 30, jako zařízení, zvyšující objem CH₄ a odstraňující CO₂ a N₂ (NH₃).

Princip: převážné množství CO₂ se odstraňuje tlakováním, N₂ (NH₃) a zbytky CO₂ separací.

Vstupní parametry bioplynu:

tlak 8 bar (0,8 MPa )

H₂S max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu

Vlhkost (H₂O) max. 34 mg/m³ bioplynu množství CH4 55 (min. 40) % objemu množství CO₂ 33 (max. 55) % objemu množství N₂ (NH₃) 0,85 (max. 1,8) % objemu teplota v létě 35 až 45 °C v zimě 25 °C

Komponenty zařízení - separační sekce 30

Vysokotlaký pístový kompresor 31 čtyřstupňový tlakového oddělování CO₂ s tepelným výměníkem 311 za každým stupněm z uvedených čtyř stupňů a s dalším obvyklým příslušenstvím.

výkon vstupní tlak tlak -1. stupeň tlak - 2. stupeň tlak - 3. stupeň výstupní tlak až 50 m³/hod bar (0,8 MPa) bar (2 MPa), 40 až 50 m³/hod 30 bar (3 MPa), 29 m³/hod 104 bar (10,4 MPa), 29 m³/hod 250 bar (25 MPa), 27 až 29 m³/hod

Mechanický filtr 32 o propustnosti 0,01 μ, osazený za 1. stupněm tlakování výkon 40 až 50 m³/hod provozní tlak 20 bar (2 MPa) počet 1 ks

Uhlíkový filtr 33, osazený za 1. stupněm tlakování výkon 40 až 50 m³/hod provozní tlak 20 bar (2 MPa)

-4 CZ 21505 Ul

Membránový separátor 34 na oddělování CO₂, N₂ (NH₃), osazený za 1. stupněm tlakování výkon 40 až 50 m³/hod provozní tlak 20 bar (2 MPa) počet 2 ks, od prvního separátoru 34 odbočení v podstatě surového bioplynu též směrem ke kogenerační jednotce se spalovacím motorem

Separátor 35 CO₂ s výměnným mechanickým filtrem, osazený za 2. a 3. stupněm tlakování výkon 29 m³/hod provozní tlak za 1. stupněm 30 bar (3 MPa) za 2. stupněm 104 bar (10,4 /MPa) počet 2 ks

Výstupní parametry bioplynu:

tlak

H₂S vlhkost (H₂O) množství CH₄ množství CO₂ množství N₂ (NH₃) teplota v létě v zimě

250 bar (25 MPa) max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu max. 34 mg/m³ bioplynu min. 95 % objemu

2,15 % objemu

0,05 (max. 0,1) % objemu až 45 °C °C

- DočiŠťovací sekce 40 pro závěrečné dočištění a další doplňková zařízení

Princip: Zařízení pracuje na bázi adsorpce zbytků H₂O v náplni krystalického CaCl₂ a zbytků CO₂ a N₂ (NH₃) v náplni zeolitu.

Vstupní parametry bioplynu tlak

H₂S vlhkost (H₂O) množství CH4 množství CO₂ množství N₂ (NH₃) teplota v létě v zimě

250 bar (25 MPa) max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu max. 34 mg/m³ bioplynu min. 95 % objemu

2,15 % objemu

0,05 (max. 0,1) % objemu až 45 °C °C

Separátor 41 závěrečného odvlhčení s náplní CaCl₂ výkon vstupní tlak výstupní tlak provozní teplota počet až 29 m³/hod 250 bar (25 MPa) 243 bar (24,3 MPa) 5ažl0°C 1 ks

Separátor 42 závěrečného dočištění CO₂, N₂ (NH₃) s náplní zeolitu výkon vstupní tlak výstupní tlak provozní teplota počet 1 ks až 29 m³/hod 243 bar (24,3 MPa) 235 bar (23,5 MPa) 5ažlO°C

Chladič 43 bioplynu - freonová chladicí jednotka s příslušenstvím

5CZ 21505 Ul výkon tlak bioplynu teplota bioplynu vstupní výstupní až 29 m³ bioplynu/hod 250 bar (25 MPa) max. 45 °C 5 až 10 °C

Pro zabezpečení praktického provozu je použito ještě pneumatické ovládaní ventilů, zde neznázoměné, a to s parametry a příslušenstvím:

kompresor stlačeného vzduchu 6 až 8 bar (0,6 až 0,8 MPa) trubní rozvody stlačeného vzduchu s příslušenstvím

Pro měření kvality bioplynu je použito plynového analyzátoru, přičemž při zkušebním provozu se provádělo orientační měření pomocí zařízení pro odběr bioplynu z jednotlivých fází jeho úpravy pro laboratorní ověřování kvality

Zjištěné výstupní parametry bioplynu tlak 235 bar (23,5 MPa)

H₂S max. 2 až 3 mg/m³ bioplynu vlhkost (H₂O) max. 32 mg/m³ bioplynu množství CH4 min. 95 % objemu množství CO₂ 2 % objemu množství N₂ (NH₃) 0 % objemu teplota 5 až 10 °C

- Skladovací a distribuční zařízení 50 upraveného bioplynu

- VTL zásobník plynu bloků á 10 lahví, z toho:

blok kapacita 9201 provozní tlak 235 bar (23,5 MPa) počet 1 ks bloků kapacita provozní tlak počet

- Regulační stanice kapacita vstupní tlak výstupní tlak počet

64401

200 bar (20 MPa) 1 ks max. 50 m³/hod 200 bar (20 MPa) 0,4 bar (0,04 MPa) 1 ks

- Plnění upraveného bioplynu do motorových vozidel Výdejní stojan mechanický plnicí set s koncovkou NGV-1 typ provozní tlak počet

SEKO

200 bar (20 MPa) 1 ks

Popis detailů a funkce zařízení podle technického řešení

Úprava bioplynu na kvalitu motorového paliva pro zážehové motory probíhá ve třech návazných fázích odstraňováním:

sloučenin síry,

-6CZ 21505 Ul

- vlhkosti,

-CO₂aN₂.

Odstraňování sloučenin síry, tedy odsiřování v odsiřovací sekci ve vstupní jednotce 10, je řešeno pomocí adsorbéru 1, který pracuje na bázi chemisorpce sulfanu na hydrátovaném oxidu železitém. Zbytková koncentrace H₂S při výstupu ze zařízení nepřesáhne 2 až 3 mg/m³. Výměna odsiřovací hmoty se provede v okamžiku zvýšení zbytkové koncentrace H2S na 7 mg/m³- Toto u tohoto zařízení, s ohledem na vstupní koncentraci H2S měnící se v průběhu času, lze předpokládat po 3 až 5 letech provozu.

Nádoba adsorbéru 1 má objem 6 m³ je pravoúhlá s horizontálním průřezem cca 4 m² a výškou 1,5 m. Výška vrstvy odsiřovací hmoty v adsorbéru 1 je cca 1 m. Potřebný objem odsiřovací hmoty je 4 m³. Odsiřovací hmota je v nádobě uložena ve vyjímatelném koši opatřeném plastovou sítí. Výška usazení nad dnem nádoby je zvolena tak, aby bioplyn vstupoval do nádoby pod košem. Nad vrstvou odsiřovací hmoty je do nádoby zaústěno hrdlo pro výstup bioplynu. Celková výška nádoby adsorbéru 1 proto je cca 1,5 m. Shora je nádoba plynotěsné uzavřena víkem. Ve dně nádoby je instalováno odkalovací zařízení s odkalovacím vývodem 12 případně vzniklého kondenzátu. Nádoba adsorbéru Ije uložena na podstavci výšky 0,5 m.

U zařízení vyššího výkonu, a to až do 500 m³ čištěného bioplynu/hod., se uplatňuje použití odsiřovacího zařízení sestávajícího z dvojice v sérii zařazených adsorbérů i. Když se koncentrace sulfanu ve vyčištěném bioplynu zvýší nad 7 mg H₂S/m³, odstaví se v sérii první adsorbér I. V něm se nahradí upotřebená odsiřovací hmota čerstvou. Po výměně odsiřovací hmoty se připojí zařízení tak, že původně druhý adsorbér 1 je pak v sérii první a původně první, nyní s čerstvou odsiřovací hmotou, je v sérii druhý. Zapojení zařízení umožňuje i provoz jednoho a paralelní regeneraci druhého odstaveného adsorbéru i, a to regenerací průchodem vzduchu, přiváděným přídavným přívodem JT. Schéma zapojení dvojice adsorbérů I, s možností přepínání na sériový nebo i paralelní provoz, je na obr. 2.

Výkony základní jednotky absorbéru I při koncentraci H₂S 1500 mg/m³ bioplynu:

- při výšce náplně 1 m 116 m³/hod

- při výšce náplně 1,5 m 173 m³/hod

Cyklus výměny odsiřovací hmoty 9 až 10 měsíců.

Další možné sestavy:

- 2 základní jednotky zapojené paralelně

- výkon 232 (350) m³/hod

- 3 základní jednotky zapojené paralelně

-výkon 348 (525) m³/hod

Zvyšování objemu CH₄ a odstraňování vlhkosti (H₂O), CO₂ a N₂ (NH₃) je řešeno v rámci sdruženého zařízení kontejnerového provedení s umístěním strojů a dílčích zařízení na ocelovém nosném a fixačním rámu o půdorysné velikosti 4130 x 2300 mm.

Odstraňování vlhkosti je řešeno v rámci průchodu odsířeného bioplynu adsorpční hmotou ve dvou separačních kolonách doplněných mechanickými filtry 32 o propustnosti 0,01 μ. V první pod tlakem 0,1 bar (0,01 MPa), ve druhé 8 bar (0,8 MPa). Náplň každé kolony 21 je 100 kg krystalického CaCI₂, výměna se plánuje vždy po čtyřech měsících. Mezi obě kolony 21 je vložen šroubový kompresor 22 tlakuj ící bioplyn na 8 bar (0,8 MPa).

Převážné množství CO₂ je odstraňováno v rámci tlakování odsířeného a odvlhčeného bioplynu pístovým čtyřstupňovým mechanickým kompresorem 31. kde odchází postupně po jednotlivých stupních tlakování:

-1. stupeň - 20 bar (2 MPa)

- 2. stupeň - 30 bar (3 MPa)

- 3. stupeň -104 bar (10,4 MPa)

-7CZ 21505 Ul

- 4. stupeň - 250 bar (25 MPa)

V rámci tohoto tlakování dochází současně ke zvyšování objemu CH4.

Kompresor 31 je na 1. stupni tlakování doplněn o dva mechanické filtry 32 o propustnosti 0,01 μ, o uhlíkový filtr 33 a o dva membránové separátory 34 pro oddělování N₂ a CO₂. Z bio5 plynu se po průchodu oběma filtry v prvním separátoru oddělí 17 až 25 % jeho objemu, a to převážně CO₂. Tento objem je natlakován zpět do bioplynového potrubí před jeho zaústěním do kogeneračních jednotek. Ve druhém separátoru se odděluje cca 10 % jeho objemu, a to převážně CO₂. Tento objem je vrácen zpět do procesu úpravy bioplynu do fáze odvlhčování. Zbylých 65 až 73 % objemu bioplynu odchází do druhého stupně tlakování.

Za 2. a 3. stupněm tlakování je pístový kompresor 31 opatřen separátorem 35 CO₂ s výměnným mechanickým filtrem, zde celkem 2 ks. Fáze odstraňování CO₂ a N₂ (NH₃) je ukončena dvěma separátory závěrečného dočištění. Závěrečné odstraňování vlhkosti zajišťuje separátor 41 s náplní krystalického CaCl₂, zde 1 ks, a dočištění CO₂ a N₂ (NH₃) zajišťuje separátor 42 s náplní zeolitu, zde příkladně též 1 ks. V rámci 2. a 3. stupně tlakování je z bioplynu odstraněno 4 až 12 % jeho objemu, a to převážně CO₂, v rámci následného závěrečného dočištění je z bioplynu odstraněno zbytkové množství CO₂, N₂ (NH₃) a H₂O v rozsahu 1 % původního objemu bioplynu, tedy zde 45 m³. Objem upraveného bioplynu představuje 60 % původního objemu 27 m³.

Teplotní režim zařízení

Teplota bioplynu se v rámci jeho úpravy udržuje na úrovni vstupní teploty navýšené o 10 °C, tj.

v zimě 25 °C, v létě 35 až 45 °C. Pro případ, že bude nutno v rámci dočištění zařadit separátor závěrečného odvlhčení, musí být před ním do zařízení zařazeno chlazení, které sníží teplotu bioplynu na 5 až 10 °C.

Součástí sdruženého zařízení jsou dále doplňková zařízení na chlazení bioplynu, pneumatické ovládání ventilů a měření kvality bioplynu.

Za energetickým zhodnocováním bioplynu v rámci tlakového odstraňování CO₂ je zařazeno chlazení, zde tedy chladicí zařízení 43, neboť teplota bioplynu se v rámci jeho tlakování zvyšuje až na cca 45 °C. Chladicí jednotka pracuje s chladicím médiem freon a její výkon je navržen tak, aby zchladila bioplyn z 45 na 5 až 10 °C. Veškeré ventily instalované v zařízení na potrubí bioplynu a další ovládací prvky jsou u tohoto zařízení ovládány pneumaticky. Kromě nezbytných rozvodů stlačeného vzduchu je jako zdroj navržen elektrický kompresor s výstupním tlakem 6 až 8 bar (0,6 až 0,8 MPa).

Od pneumatického ovládání nezbytného pro extraktivní měření lze, pri použití měření „in site“, kdy se měřicí sondy vkládají přímo do plynového potrubí zařízení a jsou kabelem připojeny k samostatné vyhodnocovací jednotce, tedy zpravidla analyzátoru, zcela oddělené od měřeného média, upustit.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle předkládaného technického řešení je použitelné pro úpravu bioplynu na plyn, označovaný zpravidla jako biometan, a to s úrovní složení, výhřevnosti a čistoty splňující kvalitativní požadavky na kvalitu zemního plynu pro pohon spalovacích motorů. Použití je možné i pro analogickou úpravu bioplynu pro jiné účely, kde je důležité snížení podílu CO₂ a N₂ (NH₃) a určitý stupeň vyčištění, ale nej důležitější oblastí využití je úprava bioplynu pro plyn, určený k pohonu spalovacích motorů. Kapacita zařízení v příkladném provedení může být modifikována na zpracování až 500 m³ bioplynu/hod., ale obecně lze vytvářet jednotky i vyšších kapacit, například i stavebnicovou metodou.

Claims (9)

1. CZ 21505 Ul

   NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro úpravu bioplynu na palivo typu zemního plynu, vyznačené tím, že obsahuje alespoň dvě samostatné jednotky, a sice vstupní jednotku (10) s povahou odsiřovací sekce, vytvořené jako chemická odlučovací kolona a/nebo jako propírací kolona, upravená pro

   5 odsiřování na zbytkovou koncentraci H₂S 2 až 7 mg/m³ bioplynu, a dále oddělovací jednotku obsahující alespoň odvodňovací sekci (20), vytvořenou jako odvlhčovací kolona, upravená pro odstraňování vlhkosti až na zbytkovou koncentraci nejvýše 32 mg H2O/m³, a za ní zařazenou separační sekci (30), vytvořenou jako vysokotlaký separátor CO2 s vysokotlakým odlučováním CO₂ a navýšením podílu objemu CH4, a to separací s odlučováním ve více tlakových stupních s

   10 výstupními tlaky od 5 do 148 bar (0,5 do 14,8 MPa), upravený pro dosažení podílu CH4 alespoň 95 % objemových a pro dosažení nejvýše 2 % objemových CO₂ a 0 mg N₂ (NH₃)/kg.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že obsahuje ještě za oddělovací jednotku zařazené skladovací a plnicí zařízení (50) pro plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel nebo regulační stanici pro distribuci k využití bioplynu jako paliva o kvalitě

   15 zemního plynu.
3. 3. Zařízení podle některého z nároků laž2, vyznačené tím, že vysokotlaký separátor CO₂ je vytvořen jako soustava vysokotlakého vícestupňového kompresoru (31), kde mezi jednotlivými stupni je vždy zařazen odlučovač (35) zkapalněné složky na bázi CO₂ a výstup z posledního stupně vysokotlakého kompresoru (31) je propojen s plnicím zařízením (50) pro

   20 plnění přepravních tlakových nádob nebo tlakových nádrží vozidel, kde před toto propojení je, v rámci oddělovací jednotky, vložena ještě dočišťovací sekce (40) vyrobeného biometanu.
4. 4. Zařízení podle některého z nároků laž3, vyznačené tím, že odlučovač (35) zkapalněné složky na bázi CO₂ obsahuje jemný mechanický Filtr (32), uhlíkový filtr (33) a alespoň jeden membránový separátor (34).

   25
5. 5. Zařízení podle některého z nároků laž4, vyznačené tím, že plynový výstup alespoň jednoho membránového separátoru (34) je propojen zpět do odvodňovací sekce (20) a/nebo do některého z nižších stupňů kompresoru (31).
6. 6. Zařízení podle některého z nároků laž5, vyznačené tím, že dočišťovací sekce (40) je vytvořena jako soustava odlučovacích kolon, a to jako soustava alespoň jedné kolony (41)

   30 závěrečného odvlhčení s náplní CaCl₂ a alespoň jedné kolony (42) závěrečného dočištění CO₂ a N₂ (NH₃) s náplní zeolitu.
7. 7. Zařízení podle některého z nároků laž6, vyznačené tím, že vstupní jednotka (10) s povahou odsiřovací sekce je vytvořena jako chemická odlučovací kolona s alespoň jedním absorbérem (1) s náplní, jejíž reakční složkou je hydratovaný oxid železitý, a je upravena pro

   35 průchod bioplynu a opatřena přídavným přívodem (11) vzduchu pro regeneraci náplně a odkalovacím vývodem (12) pro kondenzát.
8. 8. Zařízení podle některého z nároků laž7, vyznačené tím, že odvodňovací sekce (20) je tvořena alespoň dvěma separačními kolonami (21) s náplní CaCl₂ a s jemným mechanickým filtrem (23), umístěnými před vstup a za výstup šroubového kompresoru (22) s výstupním

   40 tlakem 5 až 10 barů.

   -9CZ 21505 Ul
9. 9. Zařízení podle některého z nároku 1 až 7, vyznačené tím, že odvodňovací sekce (20) je vytvořena jako odvlhčovaní kolona, obsahující za sebou zapojenou alespoň jednu komoru pro ohřev zpracovávaného bioplynu, a alespoň jednu komoru chlazení, opatřenou chladicím okruhem a odkalovacím vývodem pro odvod kondenzátu.