Абсорбционное извлечение метана и диоксида углерода из биогаза

Abstract

Ресурсы газа, который можно извлечь из биомассы различного происхождения, в Украине оцениваются в энергетическом эквиваленте природному газу в 4,5 млрд м3/год. Наличие в составе биогаза, помимо метана, диоксида углерода существенно снижает его калорийность, поэтому прямое использование его вместо природного газа в тепловых и силовых установках требует значительных затрат на модернизацию оборудования. Очистку биогаза от СО₂ осуществляют, как правило, в абсорбционных установках, где в качестве абсорбента применяют водные растворы аминов. Затраты энергии в процессе абсорбции-десорбции зависят в основном от состава и свойств абсорбента. Многовариантные расчеты энергетических показателей установки позволили установить, что оптимальным является водный раствор метилдиэтаноламина (40 %) с моноэтаноламином (8–10 %). Применение данного абсорбента снижает тепловую нагрузку ребойлера и дефлегматора десорбера в 2–4 раза по сравнению с раствором моноэтаноламина и уменьшает в 1,5–2 раза затраты на циркуляцию абсорбента. Расчеты типичных схем получения жидкого СО₂ как товарного продукта показали, что для минимизации удельных энергозатрат при сжижении газообразного СО₂ целесообразно применение аммиачного (пропанового) холодильного цикла.

Ресурси газу, який можна виробити з біомаси різного походження, в Україні оцінюються в енергетичному еквіваленті природному газу в 4,5 млрд м3/рік. Наявність у складі біогазу, крім метану, діоксида вуглецю істотно знижує його калорійність, тому пряме використання його замість природного газу у теплових та силових установках вимагає значних витрат на модернізацію устаткування. Очищення біогазу від СО₂ здійснюють, як правило, в абсорбційних установках, де як абсорбент застосовують водні розчини амінів. Витрати енергії у процесі абсорбції-десорбції залежать в основному від складу та властивостей абсорбенту. Багатоваріантні розрахунки енергетичних показників установки дали змогу встановити, що оптимальним є водний розчин метілдіетаноламіну (40 %) з моноетаноламіном (8–10 %). Застосування даного абсорбенту знижує теплове навантаження ребойлера та дефлегматора десорбера у 2–4 рази у порівнянні з розчином моноетаноламіна та зменшує у 1,5–2 рази витрати на циркуляц ію абсорбента. Розрахунки типових схем отримання рідкого СО₂ як товарного продукту показали, що для мінімізації питомих енерговитрат при зріджуванні газопод ібного СО₂ доцільне застосування аміачного (пропанового) холодильного циклу.

Gas resources, which can be extracted from different origin biomass in Ukraine are estimated by the energy equivalent to natural gas as 4,5 bln m3/year. The presence of non-burning gases-carbon dioxide and others — in biogas in addition to methane significantly reduces its calorific value and therefore the direct using it instead of natural gas in thermal power plants and requires an additional investment in equipment upgrades. Purification of biogas from CO2 is typically carried out in the absorption system, where aqueous solutions of amines are used as absorbent. Energy costs in the process of absorption/desorption depends mainly on the composition and properties of the absorbent. The multivariant calculations of the unit energy indexes allow to establish that the methyl-diethanolamine (40 %) with monoethanolamine (8–10 %) is the optimal aqueous solution. The absorbent application reduces heat load of re-boiler and stripper reflux in 2–4 times in comparison with a solution of monoethanolamine and decreases in the 1,5–2 times the cost of the circulation of the absorbent. The calculations of typical designs of liquid CO₂ as a commercial product display that it is advisable advisable to use ammonia (propane) refrigerator for specific energy consumption for liquefaction of gaseous CO₂ minimization.