Metan z biogazowni i generator tlenu firmy Atlas Copco zapewniają czysty gaz w sieci
Generator tlenu firmy Atlas Copco pomaga firmie Nat-Ur-Gas Solschen wytwarzać czysty metan w biogazowni w Niemczech. Odsiarczanie biogazu przy użyciu tlenu pozwala uzyskać zrównoważone źródło energii dla sieci. Dodatkową korzyścią jest obniżenie kosztów eksploatacji dzięki zwiększeniu efektywności energetycznej w stopniu sięgającym 50%.
Ponadto zastosowanie sprężarki o zmiennej prędkości obrotowej firmy Atlas Copco pozwala precyzyjnie utrzymywać zawartość tlenu poniżej dolnej granicy wybuchowości, zapewniając tym samym bezpieczeństwo zakładu.
Sprężone powietrze ze sprężarki dopływa do zbiornika magazynowego pod ciśnieniem 10 bar, przechodząc po drodze przez filtr z węglem aktywnym, separator oleju i odstojnik zanieczyszczeń (na ilustracji po lewej stronie). Z tego zbiornika jest następnie zasilany generator tlenu.
Heinrich Schaper i Michael Klawitter z Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & co. Firma Bioconstruct GmbH z siedzibą w Melle otrzymała od KG zlecenie na zaprojektowanie i zbudowanie wytwórni biogazu w 2016 roku. Obecnie zakład w ciągu godziny produkuje 1500 m3 biogazu o średniej zawartości metanu na poziomie 53%. Następnie pracująca w cyklu ciągłym instalacja oczyszczania za pośrednictwem membran podnosi zawartość metanu do 94%. „Co godzinę doprowadzamy do sieci gazowej 700 metrów sześciennych biometanu” — mówi Klawitter. Biogaz jest sprzedawany dostawcy energii BayWa z Monachium w ramach długoterminowej umowy zakupu.
Serce procesu produkcji biogazu w firmie Bioconstruct stanowią fermentory, w których bakterie żywiące się materiałem organicznym wytwarzają biogaz. Każdy z fermentorów wymaga 3,5 tony świeżej biomasy lub substratu co godzinę. Kluczową cechą modelu biznesowego przedsiębiorstwa jest zrównoważony rozwój, więc podłoże pozyskuje się od lokalnych rolników, a pozostałości pofermentacyjne wracają do nich jako nawóz.
„Największym problemem w produkcji biogazu jest powstający w procesie siarkowodór.Po pierwsze powoduje on sklejanie się filtrów w oczyszczalni. Po drugie, podczas spalania biogazu zmienia się w dwutlenek siarki, powodując korozję armatury i silników. Musimy więc starać się wyeliminować z gazu jak najwięcej siarkowodoru”.
Biologiczna metoda odsiarczania
Biogazownia w Solschen w Dolnej Saksonii produkuje biogaz o średniej zawartości metanu 53%.
Firma z Solschen wybrała metodę odsiarczania biologicznego. W tym procesie dzięki specjalnym bakteriom oraz dopływowi powietrza lub tlenu siarkowodór w fermentorze jest przekształcany w siarkę pierwiastkową i wodę. Siarka pozostaje w osadzie pofermentacyjnym i zwiększa jego wartość jako nawozu, podczas gdy oczyszczony gaz może przejść przez kolejne etapy przetwarzania.
„Podjęliśmy świadomą decyzję o wyborze odsiarczania z użyciem tlenu” — wyjaśnia Klawitter. „Na decyzji zaważył fakt, że w przeciwieństwie do odsiarczania z użyciem powietrza z otoczenia, naszym generatorem O2 możemy precyzyjnie sterować. Daje to nam pełną kontrolę nad wieloma czynnikami, takimi jak ochrona przed wybuchem. Wiemy, że mamy O2 o czystości 94% i możemy dozować dodatek tlenu w taki sposób, by zawsze pozostawać wyraźnie poniżej dolnej granicy wybuchowości, która wynosi 2,3 procenta”. Tlen jest wdmuchiwany do fermentorów od góry i wraz z biogazem jest odprowadzany pod kopuły półkulistych magazynów pozostałości pofermentacyjnych.
System dostarczania tlenu zaplanował i wdrożył partner handlowy Atlas Copco, firma D & N Drucklufttechnik GmbH & co. KG, również z siedzibą w Melle. Składa się on ze sprężarki śrubowej GA 11 VSD+ z wtryskiem oleju i regulowaną prędkością obrotową, generatora O2 typu OGP 8, zbiornika do przechowywania sprężonego powietrza i tlenu, a także niezbędnych stopni filtrowania sprężonego powietrza i O2. Sprężone powietrze przepływa przez filtr z węglem aktywnym, separator oleju i odstojnik zanieczyszczeń, by następnie trafić do zbiornika magazynowego pod ciśnieniem 10 bar. Z tego zbiornika zasilany jest generator O2, który wzbogaca powietrze do zawartości tlenu wynoszącej 94%. Ostatecznie poprzez kolejny zbiornik buforowy i dwa elektroniczne przepływomierze tlen dociera do fermentorów.
„Obecnie wdmuchujemy do fermentorów średnio dziewięć metrów sześciennych tlenu na godzinę” — mówi Klawitter. Chwilowe natężenie przepływu waha się między 6 a 11 m3 w zależności od ilości wytwarzanego biogazu, tak aby zawartość tlenu nigdy nie przekroczyła dolnej granicy wybuchowości. Dlatego źródło sprężonego powietrza musi być elastyczne — to jeden z powodów, dla których wybrano maszynę z regulacją prędkości firmy Atlas Copco.
Możliwość regulowania prędkości niesie z sobą także inną ważną zaletę — niskie zużycie energii, które zmniejsza koszty eksploatacji. Sprężarki GA-VSD+ firmy Atlas Copco są wyposażone w funkcje regulacji prędkości obrotowej najnowszej generacji i wyjątkowo energooszczędne silniki z magnesami trwałymi. W porównaniu z systemem sterowania, który działa wyłącznie z pełnym obciążeniem lub bez obciążenia, pozwala to zaoszczędzić 50% na kosztach energii.
Odsiarczanie biogazu chroni ponadto filtry z węglem aktywnym zainstalowane przed instalacją oczyszczania. Bez odsiarczania zawartość siarki w gazie surowym radykalnie skróciłaby żywotność filtra, podnosząc tym samym koszty eksploatacyjne. Dodatkową korzyść stanowi fakt, że zawartość od 0,4 do 0,5% tlenu w strumieniu gazu pozwala uzyskać pełną wydajność filtrów z węgla aktywnego. Dostawy tlenu do zakładu w Solschen są tak ważne, że firma Nat-Ur-Gas Solschen pracuje już nad wdrożeniem rozwiązania, które zapewni nadmiarowość.
Michael Klawitter pozytywnie wypowiada się również o serwisie firmy Atlas Copco.
Po awarii powstałej z ich własnej winy inżynierowie serwisu szybko i sprawnie przywrócili generator do pracy. Z własnej inicjatywy dostarczyli również pełne instrukcje w zakresie inżynierii systemu podczas cyklu konserwacji.