バイオガスアップグレーダー

バイオガスアップグレーダーは、バイオガス中のメタンを天然ガス基準まで濃縮するために使用される施設です。このシステムは、バイオガスから二酸化炭素、硫化水素、^[1]水、および汚染物質を除去します。これを行う1つの技術は、アミンガス処理を使用します。この精製されたバイオガスは、バイオメタンとも呼ばれます。これは、天然ガスと交換可能に使用できます。

消化によって生成される生のバイオガスは、およそ 60% のメタンと 29% の CO _{2で構成され、微量の H 2} S元素が含まれています。これは機械の燃料ガスとして使用できるほど高品質ではありません。H ₂ Sの腐食性だけでも、植物の内部を破壊するのに十分です。

解決策は、バイオガスのアップグレードまたは精製プロセスを使用することです。これにより、生のバイオガスストリーム内の汚染物質が吸収または洗浄され、単位ガス量あたりのメタンがより多く残ります。アップグレードには、水洗浄、圧力スイング吸着、セレクソル吸着、アミンガス処理の 4 つの主な方法があります。

最も一般的な方法は水洗浄で、高圧ガスがカラムに流れ込み、ガスと逆流する水をカスケード状に流すことで二酸化炭素やその他の微量元素が洗浄されます。この方法では、98%のメタンを供給でき、メーカーはシステム内で最大2%のメタン損失を保証しています。バイオガスアップグレードシステムを稼働させるには、ガスの総エネルギー出力の約3%から6%が必要です。

バイオガス用の典型的なPSAシステムには、水蒸気、二酸化炭素、窒素、酸素のそれぞれに1つの段階があり、合計4つの段階があります。^[2]アップグレードするガスは各容器に入り、高圧に圧縮され、除去するガスが吸着剤の表面に吸着され、その後減圧されてメタンが放出されます。その後、吸着剤は再生されます。酸素には分子ふるいが使用され、窒素にはゼオライト、二酸化炭素と水にはゼオライトまたは活性炭が使用されます。

Selexolプロセス (現在 UOP LLC がライセンスを取得)では、Selexol 溶剤が比較的高圧 (通常 300 ～ 2000 psia (2.07 ～ 13.8 MPa)) で供給ガスから酸性ガスを溶解 (吸収) します。酸性ガスを含むリッチ溶剤は、その後、圧力を下げたり、蒸気をストリッピングしたりして酸性ガスを放出し、回収します。Selexol プロセスは、硫化水素と二酸化炭素を別々のストリームとして選択的に回収できるため、硫化水素は Claus ユニットに送って元素硫黄に変換するか、WSA プロセス ユニットに送って硫酸に変換し、同時に二酸化炭素は隔離するか、石油回収率向上に使用することができます。

Selexol は、酸性ガスとの化学反応に依存するアミンベースの酸性ガス除去溶剤とは異なり、物理溶剤です。化学反応が関与しないため、Selexol は通常、アミンベースのプロセスよりもエネルギー消費量が少なくて済みます。ただし、供給ガス圧力が約 300 psia (2.07 MPa) 未満の場合、Selexol の溶剤容量 (溶剤の体積あたりの酸性ガス吸収量) は減少し、通常はアミンベースのプロセスの方が優れています。

この技術では、 H ₂ S または H ₂ S と CO _{2 の}両方を除去できます。

このようなガスのアミン処理に関係する化学反応は、使用される特定のアミンによって多少異なります。最も一般的なアミンの 1 つであるモノエタノールアミン (MEA) ( RNH ₂と表記) の場合、化学反応は次のように表すことができます。

RNH ₂ + H ₂ S RNH${\displaystyle \Leftrightarrow}$⁺
₃+ SH ⁻

一般的なアミンガス処理プロセスには、吸収装置と再生装置が含まれます。吸収装置では、下向きに流れるアミン溶液が、上向きに流れる酸性ガスから H ₂ S と CO _{2 を}吸収し、硫化水素と二酸化炭素を含まないガス流と、吸収された酸性ガスを豊富に含むアミン溶液を生成します。生成された「リッチ」アミンは、次に再生装置 (リボイラー付きのストリッパー)に送られ、再生アミンまたは「リーン」アミンが生成され、吸収装置で再利用されます。再生装置からストリップされたオーバーヘッドガスは、濃縮された H ₂ S と CO ₂です。

膜ベースのバイオガス アップグレード システムは、膜繊維を通したガスの異なる透過性を利用します。バイオガスが高密度ポリマー膜を通過すると、CO ₂は通過を阻止されて除去されますが、CH _{4 は}通過します。膜ベースのガス透過システムは電力のみを消費し、化学薬品や水は必要ありません。最終ガスのメタン含有量を高めるために (最大 99% のメタン)、ガスは連続した膜群を通過します。膜はバイオガス中の水やその他の不純物に敏感であるため、ガス透過/膜システムには効率的な前処理 (特に H ₂ S と水の除去) が必要です。

バイオガスCHPプラントで使用する場合などに必要な生バイオガスの基本的な処理と、天然ガス品質 (バイオメタン) を得るために必要なより複雑な処理を区別することができます。上の表は、一次処理後の生バイオガスとバイオメタンの構成を示しています。粗バイオガスの割合は、基質、プラント設計、その他の要因に応じて大きく異なります。バイオメタンの性質は、天然ガスの対応する品質に合わせて調整されます。

バイオガスは、主にバイオ ガスコジェネレーションプラントで直接使用されます。CHP の腐食を防ぐために、脱硫と乾燥が必要です。バイオガスを天然ガスネットワークに供給したり、燃料として使用したりするには、より包括的な処理が必要です。乾燥と脱硫に加えて、二酸化炭素を除去し、化学的に調整して、天然ガスの仕様を満たす特性を得る必要があります。このバイオメタンは、天然ガスネットワークに注入して、年間を通じて熱需要が高い プールなど、熱を使用できる場所で CHP を介して電気と熱に変換できます 。

天然ガス「グリッド」を使用すると、小売顧客はガス供給契約で一定の割合のバイオメタンガスを購入することもできます。

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