Koncepcja instalacji do uzdatniania biogazu do biometanu



Podobne dokumenty
Wymagania gazu ziemnego stosowanego jako paliwo. do pojazdów

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Oczyszczanie i uszlachetnianie biogazu do jakości gazu ziemnego

Wytwarzanie biometanu - aspekty technologiczne i ekonomiczne

Znaczenie audytów efektywności energetycznej w optymalizacji procesów energetycznych

METODY WZBOGACANIA BIOGAZU W NIEWIELKICH INSTALACJACH

Biometan jako paliwo dla motoryzacji

Biogaz i biomasa -energetyczna przyszłość Mazowsza

TECHNOLOGIE KRIOGENICZNE W SYSTEMACH UZDATNIANIA GAZÓW RACJONALNE UŻYTKOWANIE PALIW I ENERGII. Wojciech Grządzielski, Tomasz M.

OBOWIĄZEK DOSTĘPU DO GAZOWEJ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ JAKO PODSTAWOWY WARUNEK SPRZEDAŻY BIOMETANU Z POLSKICH BIOGAZOWNI ROLNICZYCH

Analiza możliwości mieszania biogazu z gazem ziemnym z uwzględnieniem limitów wymaganej jakości gazu sieciowego

Odnawialne źródła energii w dokumentach strategicznych regionu

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE BIOGAZU

Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. Clayton Reklewski Louis-Jean

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

Opłacalność produkcji biogazu w Polsce. Magdalena Rogulska

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

Technologie oczyszczania biogazu

Kierunki i dobre praktyki wykorzystania biogazu

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

STANOWISKO POLSKIEJ IZBY GOSPODARCZEJ ENERGII ODNAWIALNEJ

Modernizacje energetyczne w przedsiębiorstwach ze zwrotem nakładów inwestycyjnych z oszczędności energii

OBOWIĄZEK DOSTĘPU DO GAZOWEJ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ JAKO PODSTAWOWY WARUNEK SPRZEDAŻY BIOMETANU Z POLSKICH BIOGAZOWNI ROLNICZYCH

Budowa układu wysokosprawnej kogeneracji w Opolu kontynuacją rozwoju kogeneracji w Grupie Kapitałowej ECO S.A. Poznań

1. W źródłach ciepła:

KONWERGENCJA ELEKTROENERGETYKI I GAZOWNICTWA vs INTELIGENTNE SIECI ENERGETYCZNE WALDEMAR KAMRAT POLITECHNIKA GDAŃSKA

Procesy wytwarzania, oczyszczania i wzbogacania biogazu

Produkcja energii elektrycznej z biogazu na przykładzie zakładu Mlekoita w Wysokim Mazowieckim. mgr inż. Andrzej Pluta

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

PIROLIZA. GENERALNY DYSTRYBUTOR REDUXCO :: ::

Gaz składowiskowy jako źródło energii odnawialnej. Instalacja odgazowania w Spółce NOVA w Nowym Sączu. dr inż. Józef Ciuła NOVA Spółka z o.o.

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

Techniczno-ekonomiczne aspekty modernizacji źródła ciepła z zastosowaniem kogeneracji węglowej i gazowej w ECO SA Opole.

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

Biogazownie rolnicze w Polsce doświadczenia z wdrażania i eksploatacji instalacji

Perspektywy wykorzystania biometanu w transporcie w Polsce. Magdalena Rogulska Barbara Smerkowska

WDRAŻANIE BUDYNKÓW NIEMAL ZERO-ENERGETYCZNYCH W POLSCE

PL B1. FLUID SYSTEMS SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Warszawa, PL BUP 11/18

CENTRUM ENERGETYCZNO PALIWOWE W GMINIE. Ryszard Mocha

Gazy rafineryjne w Zakładzie Produkcyjnym PKN ORLEN SA w Płocku gospodarka gazami rafineryjnymi

Konsekwencje termodynamiczne podsuszania paliwa w siłowni cieplnej.

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA (OPZ):

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Dyrektywa IPPC wyzwania dla ZA "Puławy" S.A. do 2016 roku

Spotkanie Eksploatatorów dotyczące wytwarzania energii w kogeneracji na Oczyszczalni Ścieków Klimzowiec.

Innowacyjny układ odzysku ciepła ze spalin dobry przykład

ROZPROSZONE SYSTEMY KOGENERACJI

Energetyka odnawialna w procesie inwestycyjnym budowy zakładu. Znaczenie energii odnawialnej dla bilansu energetycznego

Wydział Mechaniczno-Energetyczny

Przedsiębiorstwa usług energetycznych. Biomasa Edukacja Architekci i inżynierowie Energia wiatrowa

Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe gminy miejskiej Mielec Piotr Stańczuk

Energia w Szwecji. Warszawa, 5 maja 2011r. Józef Neterowicz Radscan Intervex/ Związek Powiatów Polskich jozef.neterowicz@radscan.

WZBOGACANIE BIOGAZU W METAN W KASKADZIE MODUŁÓW MEMBRANOWYCH

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Finansowanie infrastruktury energetycznej w Programie Operacyjnym Infrastruktura i Środowisko

WNIOSEK. o określenie warunków przyłączenia do sieci przesyłowej - gazociągu tranzytowego SGT będącego w dyspozycji EuRoPol GAZ s.a.

Plany gospodarki niskoemisyjnej

Produkcja ciepła i prądu z biogazu jako alternatywa dla lokalnych ciepłowni. mgr inż. Grzegorz Drabik

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Fundusze unijne dla odnawialnych źródeł energii w nowej perspektywie finansowej. Warszawa, 3 kwietnia 2013 r.

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

Zastosowanie słomy w lokalnej. gospodarce energetycznej na

Krzysztof Stańczyk. CZYSTE TECHNOLOGIE UśYTKOWANIA WĘGLA

Biogaz z odpadów jako alternatywne paliwo dla pojazdów. Biogas from wastes as an alternative fuel for vehicles

ANALIZA UWARUNKOWAŃ TECHNICZNO-EKONOMICZNYCH BUDOWY GAZOWYCH UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH MAŁEJ MOCY W POLSCE. Janusz SKOREK

Bałtyckie Forum Biogazu. Skojarzone systemy wytwarzania energii elektrycznej, ciepła, chłodu KOGENERACJA, TRIGENERACJA

Technologie wodorowe w gazownictwie Możliwości i Potencjał

PODZIĘKOWANIA... BŁĄD! NIE ZDEFINIOWANO ZAKŁADKI. PRZEDMOWA... BŁĄD! NIE ZDEFINIOWANO ZAKŁADKI. 3.1 WPROWADZENIE... BŁĄD! NIE ZDEFINIOWANO ZAKŁADKI.

STRATEGICZNY PROGRAM BADAŃ NAUKOWYCH I PRAC ROZWOJOWYCH. Zaawansowane technologie pozyskiwania energii. Warszawa, 1 grudnia 2011 r.

KOGENERACJA Rozwiązanie podnoszące efektywność energetyczną Prezentacja TÜV Rheinland

Oferta badawcza. XVI Forum Klastra Bioenergia dla Regionu 20 maja 2015r. dr inż. Anna Zamojska-Jaroszewicz

Dr Sebastian Werle, Prof. Ryszard K. Wilk Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Techniki Cieplnej

G S O P S O P D O A D R A K R I K NI N SK S O K E O M

Jacek Nowakowski Gas Business Development Manager

Zespół Ciepłowni Przemysłowych CARBO-ENERGIA sp. z o.o. w Rudzie Śląskiej Modernizacja ciepłowni HALEMBA

Szwedzkie Rozwiązania Gospodarki Biogazem na Oczyszczalniach Ścieków. Dag Lewis-Jonsson

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza.

Biogaz składowiskowy jako źródło alternatywnej energii

Mała instalacja biogazowni 75 kw el

Opracował: Marcin Bąk

Analiza efektów technologicznych po uruchomieniu nowego - drugiego ciągu absorpcji i desorpcji benzolu w Koksowni Przyjaźń JSW KOKS SA

Objaśnienia do formularza GAZ-3 na rok Objaśnienia dotyczą wzoru formularza zawierającego dane za okres od 1 stycznia do 31 grudnia 2012 r.

Skierniewice, r. Plan Gospodarki Niskoemisyjnej

WNIOSEK O WYDANIE POZWOLENIA NA WPROWADZANIE GAZÓW LUB PYŁÓW DO POWIETRZA

Metodyka budowy strategii

Załącznik 1: Wybrane założenia liczbowe do obliczeń modelowych

Energia ukryta w biomasie

Jan Cebula (Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice) Józef Sołtys (PTH Intermark, Gliwice)

GAZ-3. Sprawozdanie o działalności przedsiębiorstw gazowniczych. za okres od początku roku do końca miesiąca: r.

Rola kogeneracji w osiąganiu celów polityki klimatycznej i środowiskowej Polski. dr inż. Janusz Ryk Warszawa, 22 październik 2015 r.

Układy kogeneracyjne - studium przypadku

POTENCJAŁ WYKORZYSTANIA ODPADÓW BIODEGRADOWALNYCH NA CELE ENERGETYCZNE W WOJEWÓDZTWIE POMORSKIM

Zasady przygotowania SEAP z przykładami. Andrzej Szajner Bałtycka Agencja Poszanowania Energii SA

REC Waldemar Szulc. Rynek ciepła - wyzwania dla generacji. Wiceprezes Zarządu ds. Operacyjnych PGE GiEK S.A.

WSPÓŁPRACA UKŁADU SKOJARZONEGO Z TURBINĄ GAZOWĄ Z SYSTEMEM ELEKTROENERGETYCZNYM I SYSTEMEM CIEPŁOWNICZYM MIASTA OPOLA

Biometan jako odnawialne paliwo w transporcie

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

TECHNOLOGIE BIOGAZOWE I WYPOSAŻENIE. Copyright Bilgeri EnvironTec Gmbh

RAPORT Z WYNIKÓW BADAŃ zgodnie z ISO/IEC 17025:2005

Transkrypt:

Alina Rejman-Burzyńska a,*, Eugeniusz Jędrysik a, Maksymilian Gądek b a Główny Instytut Górnictwa, Katowice; b Politechnika Śląska, Gliwice Concept of the plant for upgrading biogas to biomethane Koncepcja instalacji do uzdatniania biogazu do biometanu Please cite as: Przem. Chem. 201, 92, 1, 68. A plant for upgrading biogas (200 m /h by conversion of S to S and by absorption of C in O at 20 C under pressure 1 MPa was designed and evaluated from economic point of view. The bio MeH prodn. costs were acceptable both for injection in natural gas grids and for use as vehicle fuels. Przedstawiono koncepcję instalacji uzdatniania biogazu do biometanu na podstawie projektu bazowego instalacji o zdolności przerobowej biogazu 200 m n /h, wykonanego w ramach projektu Zrównoważony Europejski Sektor Biogazu SEBE (Sustainable European Biogas Environment, finansowanego z Programu dla Europy Środkowej. W celu otrzymania biometanu z surowego biogazu zastosowano polską technologię odsiarczania Biosulfex oraz wysokociśnieniowe mycie wodne. Opisano kompleksowe modułowe rozwiązanie instalacji uzdatniania biogazu do biometanu wraz z uproszczoną analizą ekonomiczną. Przeanalizowano dwa warianty wykorzystania biometanu jako paliwa transportowego i jako substytutu gazu ziemnego do sieci. Wdrożenie technologii uzdatniania biogazu w Polsce pozwoli na rozwój nowego kierunku wykorzystania biogazu, stwarzając warunki do bardziej efektywnego jego wykorzystania. Rosnące zainteresowanie biogazem jako paliwem związane jest z polityką klimatyczną Unii Europejskiej oraz wynikającą z niej strategią promocji odnawialnych źródeł energii (OZE, których stosowanie powoduje zmniejszenie emisji ditlenku węgla do atmosfery oraz zmniejsza negatywne oddziaływanie na środowisko wynikające z użytkowania paliw kopalnych. Wykorzystanie biogazu w Polsce może w znacznym stopniu pomóc w osiągnięciu zobowiązania unijnego, jakim jest zwiększenie do 15% udziału energii z OZE w całkowitym zużyciu do 2020 r. Rozwój produkcji biogazu i sposobów jego wykorzystania znajduje swoje odbicie w powstałych w ostatnim czasie dokumentach strategicznych, opublikowanych politykach sektorowych, zarówno na poziomie Unii Europejskiej, jak i w krajach członkowskich. W Polsce, program rządowy Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych na lata 2010 2020, przyjęty w dniu 1 lipca 2010 r. zakłada powstanie ok. 2000 instalacji na biogaz rolniczy. Nowelizacja Prawa Energetycznego z dnia 1 stycznia 2011 r. 1, umożliwia jego wykorzystanie nie tylko do produkcji skojarzonej energii elektrycznej i ciepła, ale również wprowadzenie do sieci gazowniczych po jego oczyszczeniu do parametrów gazu sieciowego. Obecnie w Polsce biogaz jest wykorzystywany do produkcji energii cieplnej oraz produkcji elektrycznej i ciepła, często w kogeneracji. Nowym kierunkiem jest wytwarzanie z niego paliwa silnikowego lub substytutu gazu ziemnego do sieci. Wdrożenie technologii uzdatniania surowego biogazu i produkcji biometanu jako paliwa gazowego przyczyniłoby się do szerszego i bardziej efektywnego niż dotąd wykorzystania biogazu. Potencjał surowcowy produkcji biogazu w Polsce jest ogromny, jeśli wziąć pod uwagę rolnictwo, przemysł spożywczy, oczyszczalnie ścieków i składowiska odpadów komunalnych. Szacuje się go na 187 PJ, co odpowiada wielkości energii ok. 2% rocznego zapotrzebowania Mgr inż. Alina REJMAN-BURZYŃSKA w roku 1974 ukończyła studia na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Śląskiej w Gliwicach ze specjalizacją inżynieria chemiczna procesowa. Jest pracownikiem Zakładu Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza w Głównym Instytucie Górnictwa. Specjalność nowe technologie energetyczne i gospodarka odpadami. * Autor do korespondencji: Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza, Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, tel.: (2 259-26-19, fax: (2 259-65-, e-mail: alirejman@gig.katowice.pl Mgr inż. Eugeniusz JĘDRYSIK w roku 1974 ukończył studia na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Śląskiej w Gliwicach uzyskując specjalizację w zakresie inżynierii chemicznej. Jest pracownikiem Zakładu Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza w Głównym Instytucie Górnictwa. Specjalność energochemiczne wykorzystanie węgla ze szczególnym uwzględnieniem oczyszczania gazu syntezowego i wytwarzania paliw ciekłych. 68 92/1(201

na gaz ziemny, przy czym potencjał biogazu rolniczego stanowi 9% tej szacunkowej ilości 2. Obecnie produkcja biogazu kształtuje się na poziomie 4 PJ, co odpowiada 1% rocznego zapotrzebowania na gaz ziemny. Biogaz powstający w procesie fermentacji beztlenowej zawiera 50 70% metanu, 0 50% ditlenku węgla oraz domieszki amoniaku, siarkowodoru, wodoru, merkaptanów i innych gazów. Jego ilość i skład jest zależny od rodzaju substratów (zawartości substancji organicznych, czasu fermentacji oraz stosowanej technologii. Dla przykładu średni skład biogazu pokazano w tabeli 1. Table 1. Average biogas composition Tabela 1. Średni skład biogazu Składnik Jednostka Wartość % obj. <0,5 S <500 C % obj. 0 45 Węglowodory C x H y <000 Cząstki stałe <100 Wartość opałowa MJ/m n 20 24 Wilgotność względna RH% 100 Biogaz mający zasilać silniki samochodowe lub sieć gazową musi zostać poddany procesom uzdatniania, które polegają na usunięciu S, C, wody i innych zawartych w nim zanieczyszczeń. Wymagana czystość biogazu zasilającego samochody to co najmniej 96% metanu. Zawartość S nie może przekraczać 100, a wielkość cząstek stałych nie może przekraczać 40 µm. Sprężony biometan CBM (compressed biomethane otrzymany w wyniku uzdatniania i sprężania do ciśnienia 20 25 MPa powinien odpowiadać jakością i składem chemicznym paliwu, jakim jest sprężony gaz ziemny CNG (compressed natural gas. Jakość CNG jest określona w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie wymagań jakościowych dla sprężonego gazu ziemnego (tabela 2. W Polsce sieć dystrybucji CNG obejmuje 1 stacji tankowania i może być wykorzystywana również dla CBM 4. Table 2. Quality parameters for CNG in Poland Tabela 2. Wymagania jakościowe dla CNG w Polsce Parametr Jednostka Wartość Ciepło spalania MJ/m n 18 4 * Cząstki stałe <1 Punkt rosy mg O/m n <0 (p = 20 MPa, T = -20 C % mol. <0,2 Siarkowodór <7 Siarka całkowita <40 Pary rtęci µg/m n <0 Propan % <5,8 Butan % <1,8 * Dla liczby Wobbego 25 50. 92/1(201 Mgr inż. Maksymilian GĄDEK w roku 2007 ukończył studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach ze specjalizacją ochrona środowiska w przemyśle chemicznym. Jest doktorantem w Katedrze Aparatury Chemicznej i Procesowej Politechniki Śląskiej. Specjalność technologie ograniczania emisji zanieczyszczeń z procesów spalania paliw kopalnych i biopaliw. Jakość paliwa gazowego z biogazu do sieci musi być utrzymywana na poziomie spełniającym parametry gazu sieciowego oraz uwarunkowania legislacyjne w danym kraju. W Polsce warunki dla sieci gazowych reguluje m.in. Rozporządzenie Ministra Gospodarki 5 w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu gazowego. Parametry charakteryzujące jakość przesyłanego gazu zgodnie z polskimi normami 6 przedstawiono w tabeli. Table. Requirements concerning quality of distributed natural gas according to Polish 11, 12 standards Tabela. Wymagania dotyczące jakości przesyłanego gazu ziemnego 11, 12 zgodnie z normami Typy gazu ziemnego Wyszczególnienie Jednostka E Lw Ls Ciepło spalania MJ/m 4,1 0,1 26,1 Wartość opałowa MJ/m 1,0 27,0 24,0 Górna liczba Wobbego - nominalna MJ/m 50,0 41,5 5,0 - zakres zmienności MJ/m 45,0 54,0 7,5 45,0 2,5 7,5 Zawartość siarkowodoru mg/m 7,0 7,0 7,0 Zawartość tlenu % mol. 0,2 0,2 0,2 Zawartość ditlenku węgla % mol.,0,0,0 Zawartość par rtęci µg/m 0,0 0,0 0,0 wody przy 5,5 MPa od 1 kwietnia do 0 września wody przy 5,5 MPa od 1 października do 1 marca węglowodorów Zawartość węglowodorów mogących ulec kondensacji w temp. -5ºC przy ciśnieniu panującym w gazociągu Zawartość pyłu o średnicy cząstek większej niż 5 µm Zawartość siarki merkaptanowej Zawartość siarki całkowitej ºC +,7 +,7 +,7 ºC -5,0-5,0-5,0 ºC 0 0 0 mg/m 0,0 0,0 0,0 mg/m 1,0 1,0 1,0 mg/m 16,0 16,0 16,0 mg/m 40,0 40,0 40,0 Typy gazu ziemnego: E gaz ziemny wysokometanowy, Lw gaz ziemny zaazotowany, Ls gaz ziemny zaazotowany. Podane w tabeli wartości odnoszą się do warunków normalnych: ciśnienie równe ciśnieniu atmosferycznemu 101,25 kpa, temperatura 27,15 K (0 C. Opis instalacji Koncepcja instalacji uzdatniania biogazu została opracowana przez Główny Instytut Górnictwa w ramach projektu SEBE 4. Celem przedsięwzięcia było wytypowanie technologii odpowiedniej dla polskich uwarunkowań a następnie opracowanie koncepcji mającej posłużyć do stworzenia projektu bazowego. Technologia powinna być dostosowana do uzdatniana biogazu różnego pochodzenia oraz efektywna ekonomicznie. Instalacja uzdatniania biogazu posiada dwa podstawowe węzły technologiczne: odsiarczania biogazu i absorpcji ditlenku węgla. 69

Dla projektowanej instalacji do usuwania siarkowodoru z biogazu dobrano technologię Biosulfex a w celu usunięcia ditlenku węgla wybrano wysokociśnieniowe mycie wodne z regeneracją 7, 8. Technologia Biosulfex należy do grupy metod typu redox. Do odsiarczania używany jest koncentrat katalityczny o nazwie handlowej Biocat w postaci proszkowej. W efekcie oczyszczania gazu otrzymuje się niewielkie ilości pulpy siarkowej, zamiast wielu ton odpadów, jak to było w przypadku stosowania rudy darniowej. Według danych producenta skuteczność odsiarczania sięga 99,9% 9. W węźle uzdatniania ditlenek węgla jest absorbowany w cyrkulującym strumieniu wody myjącej (rys. 1. Biogaz sprężony do ciśnienia 1 MPa poddaje się myciu wodnemu w kolumnie absorpcyjnej z wysokosprawnym wypełnieniem. Po rozprężeniu wody myjącej w kolumnie desorpcyjnej usuwany jest ditlenek węgla a woda zawracana do obiegu. Uzdatniony biometan, nasycony wodą poddawany jest odwodnieniu w suszarce adsorpcyjnej. Sterylizację bakteryjną gazu zapewnia system filtrów HEPA/ULPA. Instalacja wyposażona jest w węzeł nawaniania biometanu przy użyciu tetrahydrotiofenu (THT. Opcjonalnie istnieje również możliwość dozowania propanu. W zależności od wymagań oczyszczony i odwodniony biometan może być zatłaczany do pobliskiego gazociągu lub transportowany do węzła mieszania gazu. Dodatkowe biobezpieczeństwo uzyskuje się poprzez sterylizację cyrkulującej wody myjącej przy użyciu promieniowania UV. Pozwala to na uniknięcie zarastania wypełnień kolumn i utrzymanie pozostałych aparatów w dobrym stanie technicznym. Zdolność przerobowa instalacji wynosi 200 m n /h biogazu, co odpowiada produkcji biogazu na oczyszczalni o przerobie 60000 m ścieków komunalnych na dobę. Podstawowe parametry pracy instalacji oraz skład głównych strumieni przedstawiono w tabeli 4. Skład i jakość wytwarzanego biometanu jest kontrolowana przy użyciu chromatografu gazowego. Table 4. Basic parameters and composition of streams for biogas upgrading plant Tabela 4. Podstawowe parametry pracy i skład strumieni dla instalacji uzdatniania biogazu Parametry Biogaz surowy Biogaz po odsiarczaniu Biosulfex Biogaz po uzdatnieniu Biometan do sieci Sprężony biometan CBM Temperatura, C 0 25 20 5 40 Ciśnienie, bar 1,00 1,010 10,906 16,000 250,000 Przepływ, m n /h 200,45 200 122,47 122,47 122,47 Skład, % C 5,46 5,54 0,4 0,4 0,4 CH 4 61,16 61,0 98,75 98,95 98,95 S 0,22 0,00 0,00 0,00 0,00 NH 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00 O,0,0 0,21 0,00 0,00 +N 2 0,11 0,11 0,61 0,62 0,62 Zarówno instalacja odsiarczania Biosulfex jak i mycia wodnego zostały zabudowane w kontenerach morskich 20, dzięki czemu poszczególne zespoły urządzeń mogą zostać zmontowane poza miejscem dostawy. Instalacja jest oprzyrządowana w aparaturę kontrolno-pomiarową (AKP. Kontrola procesu jest prowadzona przy użyciu sterownika PLC połączonego z komputerowym interfejsem operatorskim oraz systemem SCADA. Praca w sieci Ethernet zapewnia zdalną kontrolę pracy całej instalacji. Większość aparatów i urządzeń, orurowania, przyrządów pomiarowych zaprojektowano ze stali kwasoodpornej oraz tworzyw sztucznych (poliestry zbrojone włóknem szklanym. Instalację (rys. 2 i wyposażono we wszelkie niezbędne urządzenia regulacyjne i bezpieczeństwa, umożliwiając efektywną pracę w tym przeciwdziałanie np. wahaniom ciśnienia, składu gazu, temperatury wody i otoczenia. Fig. 1. Technological scheme of the biogas cleaning and upgrading plant. Variant A CNG (CBM production, Variant B gas to grid. 1 desulphurization unit, 2 compressor, pump, 4 absorber, 5 desorber, 6 separator, 7 condensate separator, 8 refrigerating unit, 9 absorbent pump, 10 fan, 11 adsorption dryer,12 CBM compressor Rys 1. Schemat technologiczny instalacji uzdatniania oczyszczania biogazu; wariant A: produkcja CNG (CBM, wariant B: gaz do sieci; 1 odsiarczalnik, 2 kompresor, pompa, 4 absorber, 5 desorber, 6 rozdzielacz, 7 separator kondensatu, 8 agregat lodowy, 9 pompa absorbentu, 10 wentylator, 11 suszarka adsorpcyjna, 12 kompresor CBM Fig. 2. D model of container plant for biogas upgrading 8 Rys. 2. Model (D kontenerowej instalacji uzdatniania biogazu 8 70 92/1(201

Ułamek molowy 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0, Ditlenek węgla Metan Siłą napędową procesu uzdatniania biogazu metodą wysokociśnieniowej absorpcji w wodzie stanowi różnica rozpuszczalności ditlenku węgla oraz metanu w wodzie, szczególnie wyraźna przy zwiększonym ciśnieniu. Dodatkowo w procesie wymywane są zanieczyszczenia, takie jak S i NH. Kolumna absorpcyjna działa ponadto jak wysokosprawny odpylacz, usuwając pyły, w tym siloksany. Pozostałe parametry procesowe mające istotne znaczenie dla sprawności absorpcji to temperatura wody, stosunek strumienia wody do strumienia gazu (L/G oraz zawartość ditlenku węgla w wodzie zasilającej kolumnę absorpcyjną. Optymalizację procesową umożliwiły wyniki symulacji przeprowadzonych w programie komputerowym ChemCAD 6 4 wykonane na etapie opracowania koncepcji procesu uzdatniania biogazu. W ich wyniku dobrano odpowiednie parametry pracy instalacji, w ujęciu kosztów inwestycji (ciśnienie, L/G oraz eksploatacyjnych (temperatura, L/G. Przy ciśnieniu 1 MPa temperatura absorbentu powinna wynosić 20 21 C. Jej obniżenie znacząco redukuje strumień wody zasilającej absorber, jednak wymaga stosowania źródła zimna w celu utrzymania wymaganej temperatury. Zaprojektowany układ absorpcyjno-desorpcyjny przy odpowiednio korzystnych parametrach powietrza zapewnia desorpcję ditlenku węgla z wody myjącej (rys. 4. Temperatura i natężenie przepływu wody myjącej kontrolowane są przez sterownik i dobierane w zależności od wilgotności i temperatury powietrza, oraz wskazań chromatografu gazowego, monitorującego skład oczyszczonego gazu na wylocie. Algorytm sterujący zapewnia korzystanie z agregatu lodowego jako urządzenia wspomagającego, włączanego okresowo w przypadku niekorzystnych warunków otoczenia lub chwilowej podwyższonej zawartości absorbatu. Rozwiązanie takie ma istotny wpływ na koszty eksploatacyjne, głównie zużycie energii elektrycznej i wody świeżej. Analiza ekonomiczna 0,2 0,1 0 0 0,1 0,2 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 Dobór parametrów procesu Ciśnienie absolutne, MPa Fig.. Effect of pressure on content of methane and carbon dioxide in gas from absorber water temperature 20, C, gas flow 200,45 m n /h ( C Rys.. Wpływ ciśnienia na zawartość metanu i ditlenku węgla w gazie za absorberem temperatura wody 20, C, natężenie przepływu gazu 200,45 m n /h ( C Oszacowano koszty inwestycyjne oraz operacyjne instalacji uzdatniania biogazu do biometanu w warunkach polskich. W tabeli 5 przedstawiono poszczególne wskaźniki procesowe węzła odsiarczania i uzdatniania w zależności od wariantu wykorzystania biometanu. Table 5. Process figures for the designed plant Tabela 5. Zestawienie wskaźników procesowych zaprojektowanej instalacji Wariant wykorzystania biometanu Parametr Odsiarczanie, Biosulfex sieć gazowa niskociśnieniowa/ średnio ciśnieniowa sieć gazowa wysokociśnieniowa paliwo gazowe CBM C, skuteczność usuwania, % n.d. >98 S, skuteczność usuwania, % >99,5 n.d. Zużycie świeżej wody 1 m /24 h do 120 L/24 h* Zapotrzebowanie na energię elektryczną 0,025 0,25 0,27 0,5 kwh/m n biogazu Zapotrzebowanie na energię elektryczną kwh/m n 0,041 0,41 0,44 0,58 biometanu Dodatkowe media BIOCAT brak brak brak Odpady Zawiesina siarki 50% mas. brak brak brak * Wartość uzależniona od zawartości C w biogazie, temperatury otoczenia oraz wilgotności względnej powietrza. Ułamek molowy 1 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 18 20 22 24 26 28 0 2 4 6 8 Temperatura, C 92/1(201 Metan Ułamek molowy 0,2 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 Ditlenek węgla 0 18 20 22 24 26 28 0 2 4 6 8 Temperatura, C Fig. 4. Effect of temperature of washing water on content of methane and carbon dioxide in gas from absorber; pressure 1 MPa, gas flow 200,45 m n /h ( C Rys. 4. Wpływ temperatury wody myjącej na zawartość metanu i ditlenku węgla w gazie po absorberze; ciśnienie 1 MPa, natężenie przepływu gazu 200,45 m n /h ( C Założono czas pracy instalacji 7884 h/r (dyspozycyjność 90%. Pozycja Zapotrzebowanie na energię elektryczną w tabeli 5 obejmuje całą instalację elektryczną z urządzeniami pomiarowo-regulacyjnymi, analizatorem GC, sterownikiem PLC i systemem SCADA. Na całkowity koszt uzdatniania i oczyszczania składają się koszty obsługi, serwis oraz zapotrzebowanie na media procesowe i energię elektryczną. Opracowany projekt bazowy umożliwia wykonanie instalacji pod klucz 7, 8. Kalkulacja nakładów inwestycyjnych obejmuje projektowanie i nadzór inwestorski, wykonanie i montaż aparatów oraz montaż orurowania. Całkowity koszt przedsięwzięcia oszacowano na 2,9 do 4,04 mln zł netto w zależności od wariantu zagospodarowania biometanu. Do analizy ekonomicznej przyjęto założenia podane w tabeli 6. Wyliczenia oparto na kursie 1 euro = 4,925 zł. 71

Table 6. Assumptions for calculations Tabela 6. Założenia do obliczeń Parametr Jednostka Wielkość Cena sprzedażna biometanu zł/m n 1,00 Cena zużytej energii elektrycznej zł/kwh 0,28 Cena wody z sieci zł/m 12,00 Koszt serwisu i napraw zł/r 60 000 80 000 Koszt mediów procesowych zł/r 8 00 Koszt obsługi instalacji zł/r 4 200 Czas zwrotu dla instalacji oczyszczania i uzdatniania biogaz do biometanu o wydajności 200 m n /h w zależności od wariantu wykorzystania biometanu przedstawiono na rys. 5. Z kolei na rys. 6 pokazano porównanie kosztów obsługi serwisu i zużycia mediów głównych oraz kosztów inwestycji. Oszacowane koszty wytwarzania biometanu z biogazu wynoszą 0,26 zł/m n biometanu przy wtłaczaniu do sieci średniego/niskiego ciśnienia, 0,28 zł/m n biometanu przy właczaniu do sieci wysokiego ciśnienia lub 0,6 zł/m n biometanu przy produkcji sprężonego biometanu jako paliwa silnikowego. Odnosząc te wartości do poziomu cen gazu ziemnego i ich tendencji wzrostowej, można dostrzec pewną szansę na integrację biogazowni z sieciami gazowymi. Konieczne jest jednak stworzenie odpowiednich warunków legislacyjnych i systemów wsparcia stymulujących rozwój biogazowni zintegrowanych z instalacjami uzdatniania biogazu do biometanu. Koszt, mln mln PLN zł ne o netto 4,50 4,00,50,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Sieć średniego ciśnienia (ŚĆ Sieć gazowa wysokiego ciśnienia (WC Sprężony biometan do dystrybucji W projekcie zakłada się, że podstawowe urządzenia, takie jak aparaty kolumnowe, armatura i orurowanie są wytwarzane w Polsce, co ma istotne znaczenie w odniesieniu do kosztów inwestycyjnych oraz logistyki. Ponadto, nawiązując do źródeł zagranicznych, koszty obsługi instalacji mogą być nawet 50% mniejsze niż w przypadku instalacji niemieckich 10. W omawianej analizie ekonomicznej nie uwzględniono dopłat, subwencji, certyfikatów brązowych oraz preferencyjnego kredytowania inwestycji. Podsumowanie 0 1 2 4 5 6 Czas, lata Fig. 5. Static payback period for plant for biogas upgrading with capacity 200 m n /h for various options of biomethane use Rys. 5. Prosty czas zwrotu dla instalacji uzdatniania biogazu do biometanu o wydajności 200 m n /h dla różnych wariantów wykorzystania biometanu Koszt, mln zł netto Fig. 6. Comparison of service, media and investment costs Rys. 6. Zestawienie kosztów obsługi serwisu i zużycia mediów głównych oraz kosztów inwestycji Wykorzystanie ogromnego potencjału biogazowego, szczególnie jako paliwa gazowego, należy uznać za priorytetowy kierunek dywersyfikacji energetycznej w Polsce. Projekt instalacji uzdatniania biogazu zakłada wykorzystanie krajowego potencjału inżynierskiego i polskich dostawców urządzeń oraz pozwala rzetelnie przyjrzeć się możliwościom wytwarzania biometanu z biogazu od strony techniczno-ekonomicznej. Łatwość powiększania skali instalacji stwarza szansę adaptacji instalacji ciśnieniowego mycia wodnego praktycznie dla każdego typu biogazowni. Oszacowane koszty produkcji biometanu w celu jego wykorzystania jako paliwa gazowego w sieci lub w transporcie i ich odniesienie do poziomu cen gazu ziemnego pozwalają na wdrożenie w praktyce tej technologii w najbliższej przyszłości w Polsce. Całkowity bilans ekonomiczny przedsięwzięcia ulegnie ponadto zdecydowanej poprawie przy funkcjonującym systemie wsparcia (np. certyfikaty brązowe. Praca wykonana w ramach projektu SEBE Sustainable European Biogas Environment (Zrównoważony Europejski Sektor Biogazu nr 2CE11P finansowanego z Central Europe Programme (Programu dla Europy Środkowej. Projekt bazowy wykonano we współpracy z firmą Mokrosz Sp. z o.o. LITERATURA Otrzymano: 1-08-2012 1. Ustawa z dnia 8 stycznia 2010 r. o zmianie ustawy Prawo energetyczne oraz o zmianie niektórych innych ustaw, Dz. U. nr 21, poz. 104. 2. A. Rejman-Burzyńska i in., SEBE Project, Report WP Economical and Logistical Environment, February 2011.. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dn. 28 grudnia 2006 r., Dz. U. nr 251 poz. 1850. 4. A. Rejman-Burzyńska i in., SEBE Project, Report WP4 Technology Framework and Research, February 2011. 5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 2010 r. Dz. U. nr 1 poz. 891. 6. Informacja Operatora Gazociągów Przesyłowych Gaz-System SA http:// www.gaz-system.pl/system-przesylowy/parametry-charakteryzujacejakosc-przesylanego-gazu.html, dostęp: 27.02.2012. 7. Opracowanie koncepcji technologicznej oczyszczania i uzdatniania biogazu z zastosowaniem programu komputerowego ChemCAD, projekt koncepcyjny, Główny Instytut Górnictwa, materiały niepublikowane, Katowice 2011 r. 8. Projekt bazowy instalacji oczyszczania i uzdatniania biogazu do biometanu, Główny Instytut Górnictwa, materiały niepublikowane, Katowice 2011 r. 9. Prospekt instalacji Biosulfex, materiały producenta, Warszawa 2011 r. 10. E.H.M Dirkse, DMT Environmental technology, Biogas upgrading using DMT TS-PWS technology, www.dirkse-milieutechniek.com, dostęp: 27.02.2012. 11. PN-C-04752:2002. 12. PN-C-0475:2002. 72 92/1(201