Status for opgraderingsteknologier

Transkript

1 Status for opgraderingsteknologier Tobias Persson

2 Vad innebär uppgradering av biogas Öka energiinnehållet Ta bort föroreningar Ta bort vatten Uppgradering

3 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

4 Befintliga uppgraderingsanläggningar Source: IEA Bioenergy Task 37

5 Befintliga uppgraderingsanläggningar Source: IEA Bioenergy Task 37

6 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

7 Hur fungerar en vattenskrubber?

8 Absorptionskolonnen Henry s lag C A (M) = K H (M/atm)* p A (atm) K H 26 ggr större för CO 2 än för CH 4 5 C lägre temp Vattenflöde ca 15% lägre Vattenflöde = mängd CO 2 /löslighet vattenflöde av CO 2 % CO 2 * biogasflöde (Nm3/h) % CO 2 * absoluta trycket * K H Samma vattenflöde oberoende av % CO 2 i den råa biogasen

9 Flashkolonnen 4-5% av metanen finns i vattenfasen efter absorptionskolonnen Trycksänkning i flashen minskar detta till 1% Ca 20-30% av rågasflödet cirkuleras tillbaka till kompressorn via flashen Desorptionskolonnen Tryck sänks till atmosfärstryck Luft blåses in för att minimera partailtryck

10 Går det att nå 98% metan? 2% extra energi för köra anläggningen vid 1,5% CO2 istället för 2,5% Minimal mängd luft i rågasen är avgörande!

11 Viktiga egenskaper Servicekostnad 2-3% av investering El/energi kompressor, vattenpump kylmaskin 0,20-0,30 kwh/nm3 rågas (tryck, storlek, ute-temp) H 2 S - separeras i skrubbern (< ppm) Tillgänglighet - ca 95-97% Mogen teknik (kan bero på leverantör) Metanslip ca 1%, kräver RTO i vissa länder (1,5 2,5 MSEK extra investering) Problem med bakterietillväxt bekämpas med klor

12 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

13 Organisk fysisk skrubber (t.ex. Genosorb) Absorption column Desorption column Upgraded biomethane Gas conditioning Cooler Heater Off-gas Raw biogas Compressor Condensate Flash column Stripper gas

14 Genosorb- vs. vattenskrubber Genosorb har 5 ggr högre löslighet av CO 2 Olika temp adsorption-desorption (20/40 C) Värme från RTO och kompressorer används internt (mindre möjlig värmeåtervinning) Högre metanslip i genosorbskrubber (1,5% vs. 1,0%) Ingen bakteriell tillväxt i genosorbskrubber Genosorb garanterar något högre tillgänglighet H 2 S separeras före genosrobskrubbern Något lägre elförbrukning

15 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

16 Hur fungerar en aminskrubber? Carbon dioxide 9 10 Upgraded biomethane Raw biogas 4 E Absorber 5 13 Stripper

17 Absorptionskolonnen Kemisk reaktion PZ + MDEA + CO 2 PZH + + MDEAH + + HCO värme (PZ=piperazin, MDEA=metyldietanolamin ) Blandning av aminsystem för minimal energiförbrukning och maximal absorptionskapacitet

18 Desorptionskolonnen Värme tillsätts för att producera vattenånga Vattenångan reducerar partialtrycket och avger reaktionsvärme, driver reaktion baklänges Normal temp C (1,5-3 bar(a)) Vakuumalternativ finns (90 C +0,05 kwh el /Nm 3 ) Kan använda fjärrvärme!

19 Servicekostnad 2-3% av investering El/energi 0,12-0,14 kwh/nm 3 rågas + 0,55 kwh/nm 3 värme (beror på CH 4 i rågas) H 2 S spareras externt, kan separeras i skrubbern men kräver mer värme (ca 10% extra) Tillgänglighet - ca 96% Mogen teknik (kan bero på leverantör) Metanslip ca 0,1% Viktiga egenskaper Kan leverera 98% metan Krav på låg syrehalt i rågasen (förbrukar aminen)

20 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

21 Hur fungerar en PSA-anläggning? 2-10 min

22 Servicekostnad 2-3% av investering Garanterad tillgänglighet 96-98% El 0,20-0,30 kwh/nm 3 (0,18 kwh/nm 3 LPSA 2-3 bar(g)) (beror på tryck och CH 4 i rågas) H 2 S separeras externt Mogen teknik (kan bero på leverantör) Metanslip ca 1,5% Viktiga egenskaper Kan leverera 98% metan enligt tillverkaren Delvis separation av syre och kväve är möjligt

23 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

24 Hur fungerar en membrananläggning? Relative permeation rate H 2

25 Hur ser membranen ut? Evonik Industries Air Liquide

26 Designalternativ

27 El/energi 0,20-0,30 kwh/nm 3 (beror på tryck och design) H 2 S spareras externt, Mogen/ny teknik (beror på design och leverantör) Metanslip ca 0,5-2% Viktiga egenskaper Kan leverera 98% metan enligt tillverkaren Servicekostnad 3-4% av investeringskostnad inkl. membranbyte Delvis separation av syre

28 Agenda 1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt 2. Hur fungerar en vattenskrubber? 3. Hur fungerar en genosorbskrubber? 4. Hur fungerar en aminskrubber? 5. Hur fungerar en PSA anläggning? 6. Hur fungerar en membrananläggning? 7. Jämförelse mellan de olika teknikerna

29 Investeringskostnad

30 Energiförbrukning 0,6 Energiförbrukning [kwh/nm 3 ] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Vattenskrubber Aminskrubber PSA Membran Genosorb

31 Energi i den uppgraderade biogasen

32 Metanförlust Teknik Metanförlust Vattenskrubber 1,0% Genosorbskrubber 1,5% Aminskrubber 0,1% Membran 0,5-2,0% PSA 1,5-2,0%

33 Metanutsläpp från uppgraderingsanläggningen Röd = resultat från omgång 1 ( ) Kemisk adsorption (1), End-of-pipe (2), PSA (3) och vattenskrubber (4). Källa: U2012:15 Sammanställning av mätningar inom frivilligt åtagande

34 Koldioxidkvalitet Teknik Vattenskrubber Genosorbskrubber Metanförlust Med luft Med luft Aminskrubber Ren (ev. CH 4, H 2 S) Membran Ren (ev. CH 4 ) PSA Ren (ev. CH 4, H 2 S)

35 Tack!

36 Tack för er uppmärksamhet! All information från SGC-rapport 270 Gratis nerladdning från