PL249640B1 - Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu - Google Patents

Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu

Info

Publication number
PL249640B1
PL249640B1 PL448450A PL44845024A PL249640B1 PL 249640 B1 PL249640 B1 PL 249640B1 PL 448450 A PL448450 A PL 448450A PL 44845024 A PL44845024 A PL 44845024A PL 249640 B1 PL249640 B1 PL 249640B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
biogas
installation
exchanger
psa
biomethane
Prior art date
Application number
PL448450A
Other languages
English (en)
Other versions
PL448450A1 (pl
Inventor
Daniel Nawrocki
Bartosz Moszowski
Elżbieta Muszalska
Mateusz NAWROCKI
Mateusz Nawrocki
Artur MUSZALSKI
Artur Muszalski
Karolina BOLEK
Karolina Bolek
Damian WIJATYK
Damian Wijatyk
Piotr KAMIŃSKI
Piotr Kamiński
Martyna Mulica-Musiał
Eugeniusz Dbaj
Piotr MATYJA
Piotr Matyja
Original Assignee
Envirogas Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Nowych Syntez Chemicznych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Envirogas Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia, Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Nowych Syntez Chemicznych filed Critical Envirogas Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority to PL448450A priority Critical patent/PL249640B1/pl
Priority to PCT/EP2025/068429 priority patent/WO2025229234A1/en
Publication of PL448450A1 publication Critical patent/PL448450A1/pl
Publication of PL249640B1 publication Critical patent/PL249640B1/pl

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/103—Sulfur containing contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/104—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/105—Removal of contaminants of nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • B01D2253/1124—Metal oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons
    • B01D2257/7022—Aliphatic hydrocarbons
    • B01D2257/7025—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/05—Biogas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/88—Handling or mounting catalysts
    • B01D53/885—Devices in general for catalytic purification of waste gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu. Sposób wg wynalazku zawiera następujące etapy: wstępne oczyszczanie surowego biogazu w zbiorniku z demisterem (Z1) oraz na filtrze (F1), a następnie sprężanie kompresorem (C1) surowego biogazu do ciśnienia 6÷12 bar, podgrzewanie surowego biogazu do temperatury 200÷300°C, odsiarczanie surowego biogazu w reaktorze lub zespole dwóch lub więcej reaktorów (R1, R2) drogą adsorpcji zanieczyszczeń na złożu sorbentu cynkowego (ZnO) w temperaturze 200÷300°C, schładzanie odsiarczonego biogazu do temperatury w zakresie 30÷40°C z równoczesnym wykropleniem kondensatu i odprowadzeniem go poza instalację, oczyszczanie biogazu do biometanu na instalacji dwustopniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej (A1÷A8) na sorbentach pochłaniających dwutlenek węgla, azot i tlen, przy czym na pierwszym stopniu (A1÷A4) zachodzi adsorpcja ciśnieniowa pod ciśnieniem schłodzonego gazu odsiarczonego, z wytworzeniem biometanu zawierającego co najmniej 98% metanu, który kieruje się do sieci lub zbiornika magazynowego, a na drugim stopniu (A5÷A8) zachodzi adsorpcja pod próżnią (vPSA)(-1)÷25 kPa, z której wytworzony biometan kierowany jest na wlot kompresora sprężania (C1) w etapie odsiarczania, spalanie metanu z gazów zwrotnych z PSA w reaktorze-utylizatorze (R3) przez katalityczne utlenienie przy udziale powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo czystego tlenu. Instalacja wg wynalazku zawiera m.in.: kompresor biogazu (C1), zespół odsiarczania zawierający jeden lub więcej reaktorów (R1, R2) połączonych do pracy równoległej albo szeregowej, dwustopniową sekcję PSA składającą się z dwóch modułów PSA po minimum cztery adsorbery każdy, pracujące w układzie równoległym lub szeregowym, z których pierwszy moduł (A1÷A4) jest przeznaczony do pracy pod ciśnieniem, a drugi (A5÷A8) pod próżnią, reaktor-utylizator do spalania metanu z gazów zwrotnych z drugiego modułu instalacji PSA (vPSA), zespół dwóch wymienników ciepła (E1, E2) między kompresorem a zespołem odsiarczania, przeznaczonych do podgrzewania sprężonego biogazu ciepłem gazu odsiarczonego (pierwszy wymiennik) i spalin z reaktora utylizacji (drugi wymiennik).

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania biogazu do biometanu oraz instalacja do realizacji tego sposobu. Sposób nadaje się do przetwarzania rodzajów biogazu określonych w ustawie o odnawialnych źródłach energii, z uzyskaniem biometanu o ustawowo określonej jakości.
Biogaz jest zdefiniowany w w/w ustawie jako gaz uzyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki substratów pochodzenia zwierzęcego lub/i roślinnego, w tym również odpadów z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.
Biometan jest zdefiniowany w ustawie jako gaz uzyskany z biogazu, biogazu rolniczego lub wodoru odnawialnego, poddanych procesowi oczyszczenia, wprowadzany do sieci gazowej lub transportowany w postaci sprężonej albo skroplonej środkami transportu innymi niż sieci gazowe, lub wykorzystany do tankowania pojazdów silnikowych bez konieczności jego transportu.
STAN TECHNIKI
Z doniesień literaturowych jak również patentów znane są różne techniki oczyszczania biogazu do stężeniu biometanu powyżej 95%. Do technik uszlachetniania biogazu stosowanych w przemyśle należą m.in.:
• absorpcja fizyczna - mycie wodą pod wysokim ciśnieniem, • absorpcja chemiczna - mycie aminowe, • adsorpcja zmiennociśnieniowa PSA, • metody membranowe, • metody kriogeniczne.
Przedstawiony w patencie nr CN104910988A sposób oczyszczania biogazu wykorzystuje dwuetapową separację membranową do oczyszczania gazu wysokometanowego o wysokiej jakości dla potrzeb przemysłu motoryzacyjnego. Dodatkowo patent opisuje rozwiązanie zagospodarowania gazu odpadowego z procesu separacji gazów zawierającego niewielkie ilości metanu. Proces ten polega na utylizacji metanu podczas spalania katalitycznego, w wyniku którego następuje konwersja do CO2 i wody. Ze względu na zastosowanie urządzeń membranowych proces prowadzony jest pod wysokim ciśnieniem około 2,5 MPa.
Z kolei z patentu EP4001381A1 znany jest sposób produkcji biometanu, o czystości >95% CH4, wykorzystujący bezpośrednią reakcję metanizacji CO2 obecnego w biogazie oraz proces pośredni eliminacji wody. Rozwiązanie to pozwala na całkowite wykorzystanie CO2 do produkcji CH4 eliminując potrzebę jego utylizacji lub zagospodarowania, a tym samym zwiększa ilość produkowanego biometanu.
Patent KR101207532B1 określa sposoby uszlachetniania biogazu, do zawartości >95% CH4, oparte na procesie wymywania wodą dwutlenku węgla oraz siarkowodoru, a następnie osuszania i usuwania pozostałych zanieczyszczeń metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) lub adsorpcji zmiennotemperaturowej (TSA). Proces adsorpcji prowadzony jest na wypełnieniu zawierającym około 70+80% sit molekularnych i 20+30% aktywnego tlenku glinu.
W patencie KR101598818B1 zaprezentowano rozwiązania oczyszczania biogazu w procesie dwustopniowym tj. adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA oraz separacji membranowej. Zastosowana metoda PSA umożliwia oddzielenie pewnych składników od mieszaniny, zaś separacja membranowa służy do rozdziału CH4 od CO2. Metody te są wykorzystywane równolegle, aby zwiększyć efektywność oczyszczania biogazu i produkcji wysokiej jakości biometanu oraz do odzyskiwania i wykorzystywania dwutlenku węgla.
Kolejnym patentem, który wykorzystuje równocześnie metody PSA oraz separacji membranowej jest patent CN108530251A. Przedstawia on metodę oczyszczania biogazu z wykorzystaniem technik separacyjnych na membranach oraz usuwania zanieczyszczeń takich jak siarkowodór i lotne związki organiczne przy użyciu adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) oraz wychwytu na węglu aktywnym.
Celem wynalazku jest doprowadzenie biogazu w zależności od źródła pochodzenia o składzie przedstawionym w poniższej tabeli nr 1 do składu gazu wysokometanowego, zawierającego >98% CH4.
PL 249640 Β1
Tabela nr 1. Skład biogazu w zależności od źródła pochodzenia.
Składniki Jednostka Biogaz ze składowisk odpadów Biogaz z osadów ściekowych Biogaz rolniczy
ch4 % 44+64 57+67 53+72
CO2 % 24+34 32+41 14+39
o2 % <3 <1 <1
N2 % 10+20 0,2+0,7 0,5+7,5
h2s ppm 15+427 23+8000 10+30000
nh3 mg/m3 <100 <100 50+400
UJAWNIENIE WYNALAZKU
Sposób wg wynalazku oczyszczania biogazu do biometanu charakteryzuje się tym, że zawiera kolejno następujące etapy:
(1) wstępne oczyszczanie surowego biogazu w zbiorniku z demisterem oraz na filtrze a następnie sprężanie kompresorem surowego biogazu do ciśnienia 6+12 bar, (2) podgrzewanie surowego biogazu do temperatury 200+300°C, (3) odsiarczanie surowego biogazu w reaktorze lub zespole dwóch lub więcej reaktorów drogą adsorpcji zanieczyszczeń na złożu sorbentu cynkowego (ZnO) w temperaturze 200+300°C, (4) schładzanie odsiarczonego biogazu do temperatury w zakresie 30+40°C z równoczesnym wykropleniem kondensatu i odprowadzeniem go poza instalację, (5) oczyszczanie biogazu do biometanu na instalacji dwustopniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) na sorbentach pochłaniających dwutlenek węgla, azot i tlen:
I stopnień - adsorpcja ciśnieniowa pod ciśnieniem schłodzonego gazu odsiarczonego, z wytworzeniem biometanu zawierającego co najmniej 98% metanu, który kieruje się do sieci lub zbiornika magazynowego,
II stopień - adsorpcja pod próżnią (vPSA) (-1) + 25 kPa, po której wytworzony biometan kierowany jest na wejście kompresora sprężania w etapie odsiarczania, (6) spalanie metanu z gazów zwrotnych z PSA w reaktorze - utylizatorze przez katalityczne utlenienie przy udziale powietrza wzbogaconego w tlen albo czystego tlenu.
Recyrkulacja gazu po drugim stopniu PSA do węzła sprężania zwiększa zawartość biometanu w gazie surowym, co umożliwia maksymalny odzysk biometanu na pierwszym stopniu PSA (zawartość metanu >99,3%) niezależnie od zawartości CO2, N2 i O2 w gazie surowym.
Zastosowanie II stopnia PSA umożliwi odzysk biometanu z gazów zwrotnych powstających w procesie dekompresji i przemywania złoża w adsorberach i skierowanie ich na ssanie kompresora zwiększając zawartość metanu w gazie surowym. Dzięki takiemu rozwiązaniu gaz resztkowy z II stopnia PSA zawierający <2% CPU może zostać skierowany do utylizacji w reaktorze - utylizatorze do wartości <5 ppm CH4.
Korzystnie podgrzewanie surowego biogazu realizuje się w dwóch szeregowo ustawionych przeponowych wymiennikach ciepła, doprowadzając jako medium grzewcze do pierwszego wymiennika strumień gazu po odsiarczaniu a do drugiego strumień gazów poreakcyjnych z reaktora - utylizatora.
Głównymi zaletami sposobu wg wynalazku są:
• doprowadzenie biogazu do wymaganych przez operatorów sieci gazociągów w Polsce parametrów tj. ciśnienia i składu, dzięki temu będzie to paliwo ekwiwalentne do gazu ziemnego stanowiące alternatywę dla konwencjonalnych paliw kopalnych oraz do standardów producentów silników spalinowych i LNG, • brak emisji metanu w wyniku zastosowania układu utylizacji metanu gwarantującego obniżenie zawartości metanu do poziomu <5 ppm w gazach wylotowych, • wykorzystanie ciepła odpadowego instalacji, a tym samym zmniejszenie zużycia mediów pomocniczych i energetycznych oraz poprawę wskaźników energetycznych, • możliwość pracy przy wysokich zawartościach siarkowodoru powyżej 230 ppm.
Przedmiotem wynalazku jest także instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu realizująca wyżej opisany sposób wg wynalazku. Instalacja wg wynalazku zawiera kolejno od punktu wprowadzenia surowego biogazu:
1) zespół wstępnego oczyszczania biogazu zawierający separator z demisterem i filtr wypełniony węglem aktywnym,
2) kompresor biogazu,
3) zespół odsiarczania zawierający jeden lub więcej reaktorów połączonych do pracy równoległej albo szeregowej,
4) dwustopniową sekcję PSA składającą się z dwóch modułów PSA po minimum cztery adsorbery każdy, pracujące w konfiguracji równoległej lub szeregowej, z których pierwszy moduł jest przeznaczony do pracy pod ciśnieniem a drugi pod próżnią,
5) podwójny filtr wypełniony sorbentem, zabudowany na wylocie z pierwszej sekcji PSA przed zbiornikiem buforowym, oczyszczający metan z pozostałości CO2 do wartości >99%,
6) reaktor - utylizator do spalania metanu z gazów zwrotnych z drugiego modułu instalacji PSA (vPSA),
7) zespół dwóch wymienników ciepła między kompresorem a zespołem odsiarczania, przeznaczonych do podgrzewania sprężonego biogazu ciepłem gazu odsiarczonego (pierwszy wymiennik) i spalin z reaktora utylizacji (drugi wymiennik),
8) na linii odsiarczonego biogazu po pierwszym wymienniku wymiennik przeponowy podgrzewający gazy zwrotne z vPSA ciepłem strumienia odsiarczonego biogazu z pierwszego wymiennika, a następnie wymiennik powietrzny dochładzający odsiarczony biogaz kierowany do PSA,
9) przed wejściem do instalacji PSA, po wymienniku powietrznym, separator z demisterem wykraplający i usuwający kondensat z gazu odsiarczonego.
Na rurociągu biogazu surowego po dwóch wymiennikach wykorzystujących strumienie wytworzone w instalacji można także zainstalować przed wejściem do etapu odsiarczania dodatkowy wymiennik elektryczny służący przede wszystkim do podgrzewania biogazu podczas rozruchu instalacji lub do uzupełnienia zapotrzebowania reaktorów na ciepło.
Przed reaktorem utylizatorem można zastosować dodatkowy wymiennik ciepła do podgrzania połączonego strumienia powietrza, mieszanki powietrze - tlen lub tlenu z gazami zwrotnymi z vPSA, stosując jako medium grzewcze strumień spalin z reaktora - utylizatora przepuszczony przez drugi wymiennik podgrzewania gazu zasiarczonego.
Instalacja zawiera także rurociągi, zawory i aparaturę kontrolno-pomiarową, analizatory niezbędne do realizacji sposobu wg wynalazku, dobrane zgodnie z powszechnie przyjętą praktyką inżynierską.
PRZYKŁAD
Sposób wg wynalazku oraz instalacja do jego realizacji są przedstawione w poniższym przykładzie wykonania. Instalacja jest ponadto pokazana na rysunku Fig. 1 przedstawiającym schemat przepływowy instalacji.
Surowy biogaz składowiskowy o w ilości 170 Nm3/h, składzie: CH4 - 46,28% obj., CO2 - 50,63% obj., N2 - 2,07% obj., O2 - 1,7% obj. i temperaturze 15°C wstępnie został oczyszczony na filtrze F1 wypełnionym węglem aktywnym, a następnie sprężony od ciśnienia 0,056 mbarg do 12 barg.
Na zasilaniu układu sprężania zabudowany został również zbiornik buforowy Z1 (wyposażony w demister), połączony ze zbiornikiem skroplin S1 dla odprowadzenia skroplin wykraplających się z surowego gazu w zbiornik buforowym Z1.
Surowy wstępnie odsiarczony biogaz z tłoczenia kompresora C1 w temperaturze 80°C został skierowany do węzła podgrzewania i utylizacji ciepła procesowego gdzie został podgrzany:
• ciepłem gazu z reaktora odsiarczania R2 w podgrzewaczu wstępnym (pierwszy wymiennik) E1 do temperatury 180°C, • ciepłem gazu przekonwertowanego z reaktora utylizacji metanu R3 w podgrzewaczu biogazu (drugi wymiennik) E2 do temperatury 200°C.
Podczas uruchamiania instalacji surowy biogaz przepływający do węzła odsiarczania podgrzany został za pomocą nagrzewnicy elektrycznej E3 od temperatury 80°C do 200°C.
Surowy biogaz w temperaturze 200°C przepływał przez zabudowane reaktory odsiarczania R1 i R2, w których na złożu sorbentu cynkowego prowadzona była redukcja siarkowodoru oraz siarki organicznej do zawartości <7 mg/m3. Zaprojektowany układ odsiarczania umożliwia pracę reaktorów R1 i R2 w różnych konfiguracjach - dowolny z reaktorów pojedynczo, dwa reaktory razem szeregowo lub dwa reaktory równolegle.
Odsiarczony biogaz w temperaturze około 200°C po procesie odsiarczania, w celu obniżenia jego temperatury do 40°C skierowany został do węzła utylizacji ciepła procesowego składającego się z dwóch chłodnic tj. chłodnicy biogazu odsiarczonego E4 oraz chłodnicy powietrznej E5. Proces schładzania gazu prowadzony był dwustopniowo - w chłodnicy biogazu E4 temperaturę biogazu obniżono do 80°C, natomiast temperatura wylotowa gazu po chłodnicy powietrznej E5 wynosiła 40°C.
Schłodzony odsiarczony biogaz po przejściu przez separator S2 wyposażonym w demister, w którym nastąpiło wykroplenie się kondensatu w wyniku obniżenia temperatury gazu, w ilości 169,4 Nm3/h i pod ciśnieniem 10,4 bar(g) został skierowany do I° węzła adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA). Proces adsorpcji zmiennociśnieniowej prowadzony był w czterech adsorberach A1+A4 wypełnionych warstwą sorbentów pracujących w układzie równoległym lub szeregowym w zależności od składu biogazu surowego. Warstwy sorbentów służyły do osuszenia przepływającego biogazu oraz do adsorpcji dwutlenku węgla, azotu oraz tlenu. Układ warstw oraz ich wysokość dopasowywane były w zależności od składu gazu biorąc przede wszystkim pod uwagę zawartość zanieczyszczeń w gazie, tj. tlenu, azotu oraz CO2. Uzyskany z I° PSA oczyszczony biometan w ilości 71,3 Nm3/h zawierający 99% CH4 odbierany był z górnej części adsorberów i skierowany do jednego z dwóch filtrów F2A/B (jeden praca, drugi rezerwa) wypełnionych sorbentem w celu końcowego doczyszczenia metanu do wartości >99%, a następnie po doczyszczeniu do zbiornika buforowego Z2 i dalej do zagospodarowania poprzez wtłoczenie do sieci przesyłowej, lub magazynowanie poprzez sprężenie lub skroplenie lub bezpośrednie przesłanie do odbiorców za pomocą lokalnej sieci dystrybucyjnej.
Gazy zwrotne w ilości 98,1 Nm3/h i składzie CH4 - 7,99% obj., CO2 - 86,73% obj., N2 - 3,46% obj., O2 - 1,73% obj. powstające w wyniku regeneracji i złoża sorbenta pod ciśnieniem 2 bar(g) zasilały II° adsorpcji zmiennociśnieniowej próżniowej vPSA. W II° adsorpcji zmiennociśnieniowej próżniowej w aparatach A5+A8 prowadzony był proces odzysku metanu z gazów zwrotnych na złożu sorbentów. W wyniku tego procesu uzyskano 7,1 Nm3/h metanu, który ze względu na niskie ciśnienie gazu został skierowany poprzez zbiornik buforowy Z3 na ssanie kompresora. Gazy resztkowe o składzie CH4 0,86% obj., CO2 - 93,45% obj., N2 - 3,82% obj., O2 - 1,86% obj., uzyskane w wyniku próżniowej regeneracji złoża za pomocą pompy próżniowej P1 w temperaturze 40°C przetłaczane były poprzez wymiennik ciepła E4, w którym podgrzewany był biogaz surowy zasiarczony, do reaktora - utylizatora R3.
Gazy zwrotne z II° adsorpcji zmiennociśnieniowej próżniowej w temperaturze 80°C, gdzie na wlocie do reaktora zostały zmieszane z powietrzem. Powietrze pobierane było z atmosfery za pomocą wentylatora V1 i następnie podgrzewane w wymienniku rurowym E7 ciepłem gazu przekonwertowanego z reaktora utylizacji R3. Gaz zwrotny oraz powietrze skierowano do reaktora utylizacji metanu R3, gdzie na złożu katalizatora palladowego w temperaturze 350°C prowadzona była reakcja konwersji metanu z tlenem do dwutlenku węgla. Z reaktora gaz po utylizacji metanu w ilości 92,5 Nm 3/h i temperaturze 350°C i zawartości metanu 5 ppm, w celu obniżenia temperatury i wykorzystania ciepła procesowego przepływał do podgrzewacza biogazu zasiarczonego E2 oraz podgrzewacza rurowego powietrza E7. Następnie gaz po obniżeniu temperatury został skierowany na wydmuch do atmosfery.

Claims (5)

1. Sposób oczyszczania biogazu do biometanu, znamienny tym, że zawiera kolejno następujące etapy:
- wstępne oczyszczanie surowego biogazu w zbiorniku z demisterem (Z1) oraz na filtrze (F1), a następnie sprężanie kompresorem (C1) surowego biogazu do ciśnienia 6+12 bar,
- podgrzewanie surowego biogazu do temperatury 200+300°C,
- odsiarczanie surowego biogazu w reaktorze lub zespole dwóch lub więcej reaktorów (R1, R2) drogą adsorpcji zanieczyszczeń na złożu sorbentu cynkowego (ZnO) w temperaturze 200:300°C,
- schładzanie odsiarczonego biogazu do temperatury w zakresie 30+40°C z równoczesnym wykropleniem kondensatu i odprowadzeniem go poza instalację,
- oczyszczanie biogazu do biometanu na instalacji dwustopniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej (A1+A8) na sorbentach pochłaniających dwutlenek węgla, azot i tlen, przy czym na pierwszym stopniu (A1+A4) zachodzi adsorpcja ciśnieniowa pod ciśnieniem schłodzonego gazu odsiarczonego, z wytworzeniem biometanu zawierającego co najmniej 98% metanu, który kieruje się do sieci lub zbiornika magazynowego, a na drugim stopniu (A5+A8) zachodzi adsorpcja pod próżnią (vPSA) (-1) ^ 25 kPa, z której wytworzony biometan kierowany jest na wlot kompresora sprężania (C1) w etapie odsiarczania,
- spalanie metanu z gazów zwrotnych z PSA w reaktorze - utylizatorze (R3) przez katalityczne utlenienie przy udziale powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo czystego tlenu.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że podgrzewanie surowego biogazu realizuje się w dwóch szeregowo ustawionych przeponowych wymiennikach ciepła (E1, E2), doprowadzając jako medium grzewcze do pierwszego wymiennika (E1) strumień gazu po odsiarczaniu a do drugiego (E2) strumień gazów z reaktora - utylizatora (R3).
3. Instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu zawierająca kolejno od punktu wprowadzenia surowego biogazu:
- zespół wstępnego oczyszczania biogazu zawierający separator z demisterem (Z1) i filtr wypełniony węglem aktywnym (F1),
- kompresor biogazu (C1),
- zespół odsiarczania zawierający jeden lub więcej reaktorów (R1, R2) połączonych do pracy równoległej albo szeregowej,
- dwustopniową sekcję PSA składającą się z dwóch modułów PSA po minimum cztery adsorbery każdy, pracujące w układzie równoległym lub szeregowym, z których pierwszy moduł (A1+A4) jest przeznaczony do pracy pod ciśnieniem a drugi (A5+A8) pod próżnią,
- podwójny filtr wypełniony sorbentem (F2A, F2B), zabudowany na wylocie z pierwszej sekcji PSA przed zbiornikiem buforowym (Z2), oczyszczający metan z pozostałości CO2 do wartości >99%,
- reaktor - utylizator do spalania metanu z gazów zwrotnych z drugiego modułu instalacji PSA (vPSA),
- zespół dwóch wymienników ciepła (E1, E2) między kompresorem a zespołem odsiarczania, przeznaczonych do podgrzewania sprężonego biogazu ciepłem gazu odsiarczonego (pierwszy wymiennik) i spalin z reaktora utylizacji (drugi wymiennik),
- na linii odsiarczonego biogazu po pierwszym wymienniku (E1) wymiennik przeponowy (E4) podgrzewający gazy zwrotne z vPSA ciepłem strumienia odsiarczonego biogazu z pierwszego wymiennika (E1), a następnie wymiennik powietrzny (E5) dochładzający odsiarczony biogaz kierowany do PSA,
- przed wejściem do instalacji PSA po wymienniku powietrznym (E5) separator z demisterem (S2) wykraplający i usuwający kondensat z gazu odsiarczonego.
4. Instalacja według zastrzeżenia 3, znamienna tym, że na rurociągu biogazu surowego po dwóch wymiennikach (E1, E2) wykorzystujących strumienie wytworzone w instalacji zainstalowany jest przed wejściem do węzła odsiarczania dodatkowy wymiennik elektryczny (E3).
5. Instalacja według zastrzeżenia 3, znamienna tym, że przed reaktorem utylizatorem (R3) zainstalowany jest wymiennik ciepła (E6) do podgrzania połączonego strumienia powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo tlenu z gazami zwrotnymi z vPSA.
PL448450A 2024-04-29 2024-04-29 Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu PL249640B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL448450A PL249640B1 (pl) 2024-04-29 2024-04-29 Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu
PCT/EP2025/068429 WO2025229234A1 (en) 2024-04-29 2025-06-29 A method and system for upgrading biogas to biomethane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL448450A PL249640B1 (pl) 2024-04-29 2024-04-29 Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL448450A1 PL448450A1 (pl) 2025-11-03
PL249640B1 true PL249640B1 (pl) 2026-05-25

Family

ID=96346284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL448450A PL249640B1 (pl) 2024-04-29 2024-04-29 Sposób i instalacja do oczyszczania biogazu do biometanu

Country Status (2)

Country Link
PL (1) PL249640B1 (pl)
WO (1) WO2025229234A1 (pl)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3393621A1 (fr) * 2015-12-24 2018-10-31 Waga Energy Procede de production de biomethane par epuration de biogaz issu d'installations de stockage de dechets non-dangereux (isdnd) et installation pour la mise en uvre du procede
CN219050829U (zh) * 2022-11-11 2023-05-23 中电建生态环境集团有限公司 一种改良的变压吸附沼气净化提纯装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101207532B1 (ko) 2011-05-24 2012-12-03 주식회사 에코에너지홀딩스 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치
CN104910988B (zh) 2015-05-15 2017-03-08 大连理工大学 一种绿色环保的沼气资源多元化利用工艺
KR101598818B1 (ko) 2015-05-27 2016-03-03 주식회사 한국가스기술공사 Psa 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치
FR3063437B1 (fr) 2017-03-02 2019-03-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procede pour le traitement par permeation membranaire d'un flux gazeux d'alimentation comprenant du methane et du dioxyde de carbone
US20210055046A1 (en) * 2020-11-11 2021-02-25 Waga Energy Facility For Producing Gaseous Methane By Purifying Biogas From Landfill, Combining Membranes And Cryogenic Distillation For Landfill Biogas Upgrading
ES2999609T3 (en) 2020-11-17 2025-02-26 K Inn Tech S R L Method for the production of high-purity biomethane

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3393621A1 (fr) * 2015-12-24 2018-10-31 Waga Energy Procede de production de biomethane par epuration de biogaz issu d'installations de stockage de dechets non-dangereux (isdnd) et installation pour la mise en uvre du procede
CN219050829U (zh) * 2022-11-11 2023-05-23 中电建生态环境集团有限公司 一种改良的变压吸附沼气净化提纯装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025229234A4 (en) 2026-01-08
PL448450A1 (pl) 2025-11-03
WO2025229234A1 (en) 2025-11-06