بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بیوگاز جهت تولید انرژی الکتریکی یکی از موارد مورد بحث در دو دهه اخیر می باشد. مقدار بالای گازهای دی اکسید کربن و دی سولفید هیدروژن موجود در آنها باعث خوردگی دستگاهها و همچنین کاهش انرژی حرارتی گاز متان می شود. در این پروژه روش های مختلف حذف گازهای اسیدی از بیوگاز مورد بررسی قرار گرفته است. به نظر می رسد در حال حاضر ایمن ترین و اقتصادی ترین روش قابل استفاده جهت این مسئله استفاده از فرایند جذب توسط حلال های آمینی می باشد.
کلمات کلیدی: بیوگاز، دی اک سید کربن، دی سولفید هیدروژن، آمین، جذب
مقدمه
با توجه به دلایل استراتژیک و زیست محیطی، در حال حاضر، علاقه فراینده ای برای جایگزینی سوخت های زیستی به عنوان منبع انرژی وجود دارد. بیوالکل ها و بیودیزل جایگزینی برای حرکت خودروها و همچنین زیست توده - بیومس - و بیوگاز جایگزینی برای تولید انرژی الکتریکی در نظر گرفته شده است. سوخت بیوگاز دارای متوسط انرژی - 22 مگاژول بر کیلوگرم - حاصل از تجزیه مواد آلی تحت شرایط بی هوازی است.[1] می توان آن را از محل دفن زباله و یا از دستگاه تجزیه مواد بیولوژیک و تبدیل کود و زیست توده درون کودطبیعی ظرف 25 تا 45 روز در مزارع به دست آورد. با توجه به ماهیت گازی و عدم امکان تولید شدت برای تولید برق در مقیاس بزرگ جالب نیست. با این حال، به تازگی، یک رویکرد جدید برای تولید برق پدید آمد.
که از هزاران اتصال بین ایستگاه برق کوچک مقیاس و متوسط مقیاس طراحی شده توسط منابع انرژی تجدید پذیر به شبکه های الکتریکی ملی یا منطقه ای تشکیل شده است. می توان آن را از هزاران اتصال درونی از ژنرالهای آرو کوچک و صفحات خورشیدی درنظر گرفت.[2]توان گرمایی بیوگازها متناسب با غلظت متان است. برای استفاده به منظور سوخت موتورهای احتراقی داخلی، غلظت متان بیشتر از 90 درصد توصیه می شود.[3] با این حال دی اکسید کربن معمولی حدود 40 درصد است. این غلظت بالای دی اکسید کربن توان خروجی موتور را متناسب با غلظت آن کاهش میدهد که استفاده از بیوگاز در نیروگاه الکتریکی توسط موتور های احتراق داخلی محدود می دهد.[4] محتوای بالای باعث هیدروژن سولفید - حدود 3500 پی پی ام - باعث خوردگی در قسمت های فلزی داخل موتور میشود.
هیدروژن سولفید یک اسید معدنی است که وقتی در تماس مستقیم سطح فلز ها قرار گیرد با آن واکنش میدهد.به طور معمول، نیروگاه مقیاس کوچک بر اساس بیوگاز در محدوده 0,1 تا 1 مگاوات است. که این نشان از جریان حجمی بیوگاز بین 60 تا 600 متر مکعب بر ساعت دارد. برای چنین کاربردهای کوچک مقیاسی یک ملاحظات عملی اضافی بوجود می آید.خارج از بیودیگسترها1 و محل های دفن زباله، درجه فشار بیوگاز قابل اغماض است، و با توجه به ملاحظات اقتصادی استفاده از هر دستگاهی برای افزایش فشار باید اجتناب شود. مکش موتور تنها نیروی محرک در دسترس را به بیوگاز برای جریان دستگاههای تجزیه کننده دفن زباله به موتورفراهم می سازد. بنابراین، افت فشار در سیستم بیوگاز باید حداقل ممکن باشد.
حذف دی اکسید کربن از جریان گاز
حذف دی اکسید کربن از جریان گازی یکی از موارد مهم مورد بررسی توسط محققین مختلف در سرتاسر جهان در دو دهه اخیر می باشد. با توجه به گرم شدن فزاینده کره زمین فرایندهای مختلفی جهت این مسئله مورد توسعه قرار گرفته است. در جدول - 2 - برخی از این فرایندها همراه با مزایا و معایب آنها ذکر شده است.
.1 جذب
فرآیندی است که به برهم کنش یک ماده، مانند یک جامد یا مایع، با ماده دیگر، مانند یک مایع یا گاز، از طریق منافذ کوچک و یا فاصله بین مولکولهای آن در تماس باشد، اشاره دارد. ظرفیت جذب جاذب بستگی به غلظت تعادل بین فاز گازی و فاز مایع دارد. برای غلظت رقیق شده در بسیاری از گازها و در یک بازه گسترده ای از غلظت، رابطه تعادلی توسط قانون هنری داده شده است، که مقدار ظرفیت جذب گاز در مایع را مشخص می کند.[5] برای یک واحد جذب گاز باید از تماس کامل بین گاز و حلال اطمینان حاصل کرد در چنین موقعی است که پخش شدگی در فاز درونی رخ می دهد.
2.جذب سطحی
فرآیندی است که در آن به جذب مولکول های یک ماده، مانند گاز یا مایع، بر روی سطح یک جامد متراکم میشوند، اشاره دارد. آن را باید از جذب متفاوت دانست، که در آن سیال نفوذ می کند یا توسط یک مایع یا جامد محلول می شود.[6] این فرایند می تواند فیزیکی یاشیمیایی باشد. در فرایندهای جذب فیزیکی، مولکول های گاز به سطح جاذب جامد به عنوان یک نتیجه از نیروی جاذبه مولکولی - نیروی واندروالس - چسبیده است. جذب شیمیایی شامل یک واکنش شیمیایی است. معمولا، جاذب ها 12 تا 120 میکرون ذرات جامد تخلخل بالا، بی اثرنسبت به رفتار مایع هستند. جاذب مورد استفاده برای گاز دی اکسید کربن در زغال چوب، ژل سیلیکا، زئولیت و رزین های مصنوعی به کار میرود.
.3چگالش
این فرآیند تبدیل گاز به مایع با کاهش دما و یا افزایش فشار است. چگالش زمانی رخ می دهد که فشار بخشی - جزئی - از ماده در گاز پایین تر از فشار بخار ماده خالص در دمای داده شد، باشد.
.4غشاء
غشاء لایه ای از مواد که به عنوان یک مانع انتخابی بین دو فاز عمل می کند و وقتی که در معرض یک نیروی محرک قرار می گیرد نفوذ ناپذیر به ذرات خاص، مولکول ها، یا مواد باقی می ماند. نیروی محرکه اختلاف فشار بین دو طرف غشا است. نفوذپذیری گاز در طول یک غشاء تابعی از حلالیت و توانایی نفوذ گاز به مواد از طریق غشاء است. غشاء و فرآیندهای غشایی گران قیمت هستند و بازده جدایی آنها کم می باشد.[7]انتخاب فرایند مناسب جهت حذف گازهای اسیدی در انتخاب یک روش برای حذف هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن نکات باید لحاظ شود.
-دبی حجمی جریان بیوگاز
-مقدار هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن که باید حذف شوند و غلظت نهایی آنها
-در دسترس بودن روشهای منطبق بر حفظ محیط زیست جاذب های اشباع شده
-قیمت
با توجه به موارد فوق مناسبترین روش جهت حذف CO2 و H2S از جریان بیوگاز در مقیاس بزرگ استفاده از آمین می باشد.شکل 1 یک شماتیک کلی از سیستم جذب توسط آمین با استفاده از برج جذب را نشان می دهد. از یک ستون جذب، یک ستون دفع و یک ستون شستشو با آب تشکیل شده است. در ابتدا، بیوگاز خام وارد ستون جذب می شود که در آن محلول آمین، هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن را حذف میکند. پس از آن، بیوگاز از برج شستشو با آب که در آن مقدار کم آمین حذف شده است عبور می کند و آمین اشباع وارد ستون دفع می شود که در آن عملیات احیاء صورت گرفته و حلال بازیابی می شود. یک مبدل حرارتی برای خنک کردن آمین احیاء شده قبل از ورود دوباره به ستون جذب استفاده می شود.
نتیجه گیری
به تازگی، یک رویکرد جدید برای تولید برق به عنوان یک نتیجه از نیاز به جایگزینی سوخت های هیدروکربن سنتی، توسط انرژی های تجدید پذیر ظهور یافت. که متشکل از هزاران اتصال درونی بین نیروگاه های برق کوچک مقیاس و متوسط مقیاس توسط منابع انرژی تجدید پذیر برای شبکه برق ملی یا منطقه ای طراحی شده است. در این مورد، نیروگاه مقیاس کوچک معمولی 0,1 - تا 1 مگاوات - متشکل از موتورهای احتراق داخلی به همراه ژنراتور الکتریکی پر شده با بیوگاز به عنوان یکی از گزینه های جذاب به دلیل هزینه بسیار پایین آن، نسبت سود بالا به هزینه و تاثیر مثبت بسیار بالا بر محیط زیست ، معرفی شد.
