Резервоари за съхранение на биогаз

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2012

Биогазът е добре познат газ, който в природата се получава при естествена ферментация на изгнила трева и органични отпадъци. В изкуствени условия той се получава при анаеробно разграждане на органична материя, най-често растителни и животински отпадъци. Основен съставен елемент на биогаза е метанът, който обикновено варира в диапазона от около 55 до към 75%, което го прави много подходящ за използване в различни горивни инсталации. Използваните технологии за производство са предимно технологиите, използвани за стабилизиране на първични и вторични утайки от пречиствателните станции за отпадни води, при обработка на отпадни води от различни производствени процеси от хранително-вкусовата промишленост, пивоварната и др. промишлености, при третиране на органичните фракции от твърдите битови отпадъци. Съответно в зависимост от съдържанието на сухо вещество в субстрата, биогазовите инсталации се подразделят на биогазови инсталации, работещи с течни субстрати, съдържанието на сухо вещество, в които е под 30% и инсталации, работещи с твърди битови отпадъци, където съдържанието на сухо вещество в отпадните субстрати е над 35%. Биогазът се счита за подходящо гориво за централи за производство на електроенергия, топлина или пара, или като автомобилно гориво, като използването му спомага за редуциране на вредните емисии в атмосферата.

За да се оптимизира добивът, производството на биогаз трябва да се поддържа възможно най-стабилно и постоянно. Обикновено в биореакторите, в които протичат процесите по формиране на биогаза, получените количества газ не са постоянни във времето. В същото време и потреблението на биогаз обикновено се характеризира с известна неравномерност във времето. За да може да се компенсира разликата между производството и потреблението на биогаз, обикновено се предвижда възможност произвежданият биогаз временно да се съхранява в подходящи съоръжения, познати като газхолдери. Възможността за съхраняване на произведеното количество биогаз позволява да се компенсират и вариациите в обема вследствие от промяна в температурата. Съхраняването на биогаза в газхолдери дава възможност за регулиране на налягането на газа в метантанковете с неподвижни покрития. Газхолдерите могат да изпълняват и функцията на усреднители на променливия състав на произведения биогаз.

Съхранение на биогаза

С осигуряването на добро съхраняване на произведения биогаз се гарантира равномерност на доставяния биогаз в зависимост от нуждите, редуцират се загубите и се повишава безопасността и надеждността на биогазовата инсталация. Изборът на подходяща система за съхраняване на биогаза и нейното коректно оразмеряване значително допринася за ефективността и безопасността на инсталацията за производство.

Разработени са немалко възможности за съхранение на биогаза. В зависимост от особеностите на инсталацията, големината и количеството произвеждан биогаз могат да се използват различни решения. Принципно системите за съхранение могат да бъдат разделени на две основни категории - вътрешни и външни. Вътрешните са интегрирани в самия биореактор и обикновено се обособяват в горната му част. Използва се специална мембрана, която изпълнява и функцията на капак за биореактора. При по-големите инсталации за производство се предпочита използването на отделни помещения за съхранение на биогаза. Често в зависимост от налягането, при което се експлоатират съоръженията, системите за съхранение могат да бъдат категоризирани на системи ниско, средно или високо налягане. Най-елементарни и с ниска себестойност, подходящи за локално и междинно съхраняване на биогаза, са системите ниско налягане. Изискванията по отношение на безопасността, енергийните разходи и необходимостта от почистване на системите средно и високо налягане повишават тяхната себестойност и усложняват поддръжката. Често в конструктивно отношение газхолдерите се подразделят и на мокри и сухи, като по-често използвани в практиката са мокрите газхолдери. Обикновено те се състоят от газов звънец, резервоар за вода, газопровод и противопламъчен филтър.

Независимо от вида на съоръжението основно изискване към всички съоръжения за съхранение на биогаз е те да са херметични и да издържат на промени н налягането. В случаите, при които те са разположени на открито, е необходимо да са устойчиви спрямо въздействието на фактори от околната среда като ултравиолетова светлина, различни температури, климатични условия. Преди инсталацията да бъде пусната в експлоатация се препоръчва да се провери херметичността на газхолдерите. С оглед на съображенията за безопасност е добре те да бъдат оборудвани с изпускателни клапани (за подналягане и свръхналягане), за да се предотврати възможността от повреди и създаване на риск за безопасността. Също така е необходимо предвиждането на авариен факел, както и резервоарът да има капацитет за съхранение най-малко една четвърт от дневното производство на биогаз. Обикновено се препоръчва капацитет за съхранение на производството от биогаз за един или два дни.

Необходимо е също газхолдерите да бъдат защитени от корозионното действие на въглеродната киселина. За да се предпази от замръзване през дните с отрицателни температури, водата в резервоара се затопля.

Газхолдери ниско налягане

Към тази категория могат да се причислят газхолдерите с плаващ таван и мембранните резервоари. При газхолдерите с плаващ таван промяната в обема на съхранявания газ се осъществява посредством движението на подвижен таван. Мембранните резервоари от своя страна могат да бъдат инсталирани като външни резервоари за газ или като куполи върху биореакторите. Външните резервоари с ниско налягане могат да се проектират под формата на мембранни балони, които се разполагат в сгради, за да се предпазят от влиянието на околната среда и климатичните условия. Могат да бъдат и съоръжения с втора мембрана.

В случаите, при които се предвижда биогазът да се съхранява в самите биореактори, те се покриват с херметични мембранни куполи (резервоари с двойна мембрана), фиксирани към горния им ръб. Мембраната се разширява в съответствие с обема на съдържащия се газ. За да се ограничи разширението на мембраната, над нея може да се монтира специална мрежа. Сред най-често използваните материали за мембраните са полиетилен висока плътност (HDPE), полиетилен с ниска плътност (LDPE), линеен полиетилен с ниска плътност (LLDPE) и други.

Съхранение на биогаз при средно и високо налягане

Биогаз може да се съхранява и в резервоари за средно и високо налягане (стоманени резервоари и бутилки под налягане), при налягане между 5 и 250 bar. Този тип съхранение се явява енергоемък и с висока себестойност, поради което е по-рядко използван. За да се предотврати корозията на отделни компоненти на резервоара, е необходимо предварително отстраняване на H2S от състава на биогаза. След което пречистеният газ, преди да бъде съхранен в резервоара, е необходимо леко да бъде компресиран.

Съхранението на биогаз без компресиране се допуска, но за кратко време. По тази причина всяка инсталация за биогаз е оборудвана с газов факел. Съответно, при излишък на биогаз, който не може да се съхранява или използва, той бива изгарян. Необходимо е, по възможност, факелът да осигурява максимално изгаряне на метана, за да се ограничи освобождаването на неизгорял метан и други продукти на непълното окисление като например въглероден оксид. За да се максимизират желаните реакции и да се минимизират нежеланите, е необходимо температурният диапазон да бъде в границите около 850 - 1200 оC и времето на горене да е минимум 0,3 секунди.

Използват се основно два типа факли за биогаз: отворен и затворен.

Отвореният факел представлява горелка с малък защитен щит срещу вятъра за предпазване на пламъка. Характеризира се с елементарна конструкция и ниска цена. Неговото използване обаче се ограничава от законодателството и контрола на вредните емисии в атмосферата.

Затворените факли обикновено представляват разположени в земята постоянни инсталации, съдържащи единична горелка или група горелки, затворени в цилиндричен съд, обшит с огнеупорен материал. Характеризират се с постоянно горене и ниски емисии на вредни газове.

Независимо от типа на факела, неговата безопасна и надеждна работа изисква набор от средства в допълнение към горелката и корпуса. Важни елементи на безопасността включват гасене на пламъка, безотказен клапан и запалителна система, включваща детектор за пламък. Необходим е също така и газов компресор за повишаване на налягането на газа до 3-15 kPa при горелката.



Ключови думи: Резервоари, биогаз




Top