Status for opgraderingsteknologier

Status for opgraderingsteknologier Tobias Persson 2013-05-13

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

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

Befintliga uppgraderingsanläggningar Source: IEA Bioenergy Task 37

Hur fungerar en vattenskrubber?

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

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

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!

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 (<300-2500 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

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

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

Hur fungerar en aminskrubber? Carbon dioxide 9 10 Upgraded biomethane 3 6 11 2 8 1 Raw biogas 4 E-3 15 16 17 14 12 7 Absorber 5 13 Stripper

Absorptionskolonnen Kemisk reaktion PZ + MDEA + CO 2 PZH + + MDEAH + + HCO 3 - + värme (PZ=piperazin, MDEA=metyldietanolamin ) Blandning av aminsystem för minimal energiförbrukning och maximal absorptionskapacitet

Desorptionskolonnen Värme tillsätts för att producera vattenånga Vattenångan reducerar partialtrycket och avger reaktionsvärme, driver reaktion baklänges Normal temp 120-140 C (1,5-3 bar(a)) Vakuumalternativ finns (90 C +0,05 kwh el /Nm 3 ) Kan använda fjärrvärme!

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)

Hur fungerar en PSA-anläggning? 2-10 min

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

Hur fungerar en membrananläggning? Relative permeation rate H 2

Hur ser membranen ut? Evonik Industries Air Liquide

Designalternativ

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

Investeringskostnad

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

Energi i den uppgraderade biogasen

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

Metanutsläpp från uppgraderingsanläggningen 2010-2012 Röd = resultat från omgång 1 (2007-2009) Kemisk adsorption (1), End-of-pipe (2), PSA (3) och vattenskrubber (4). Källa: U2012:15 Sammanställning av mätningar inom frivilligt åtagande 2007-2012

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)

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