Vergleich der chemischen Absorptionsmethode und der PSA-Druckveränderungsadsorptionsmethode
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Vergleich der grundlegenden Prinzipien der chemischen Absorptionsmethode: Unter Verwendung eines Katalysators wird eine Absorptionslösung eingesetzt, um mithilfe von Säure-Base-Reaktionen saure Stoffe wie Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff aus dem Biogas zu entfernen. Gleichzeitig können auch gasförmige Stoffe, die in Wasser löslich sind, wie Ammoniak, absorbiert werden. Das mit verschiedenen Verunreinigungen angereicherte Gas wird durch das Selbstreinigungssystem der Lösung sowie das Gasregenerierungssystem von den Verunreinigungen befreit; dadurch kann die Lösung wieder wiederverwendet werden. Das wiedergewonnene Gas enthält 95 % Kohlendioxid, das weiter aufbereitet werden kann, um als Produkt verkauft zu werden. Diese Methode erfordert etwa 5 % des Biogases zur Erzeugung von Dampf für die Produktion. PSA-Verfahren zur Adsorptionsentgasung: Bei diesem Verfahren wird das Gas durch eine Adsorptionsschicht geleitet. Aufgrund der unterschiedlichen Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels für verschiedene Gase wird ein Teil (oder mehrere Teile) der Gase in der Mischung an der Schicht adsorbiert, während nur ein kleiner Anteil weiterfließt ； Lassen Sie den größten Teil des anderen Gases (oder der anderen Gase) in der Mischgasphase entweichen; nur ein kleiner Teil bleibt an der Schicht haften ； Damit wird das Ziel erreicht, die Konzentration des Ausgasstroms zu erhöhen. Diese Methode eignet sich, wenn die Fähigkeit der verschiedenen Bestandteile des zu trennenden Gases, vom Adsorptionsmittel aufgenommen zu werden, stark voneinander abweicht. Das hängt davon ab, wie groß die Unterschiede in den Eigenschaften der einzelnen Komponenten des zu trennenden Stoffes sind – wie zum Beispiel Molekulargewicht und Molekülgröße. Je größer diese Unterschiede sind, desto einfacher ist die Trennung. Zudem sinken die Kosten für die Trennung und die Ausbeute steigt. Umgekehrt: Je geringer der Unterschied ist, desto schwieriger ist die Trennung, desto höher sind die Kosten für die Trennung und desto niedriger ist die Ausbeute.
2 Selektiver Vergleich: Chemische Absorptionsmethode: Die chemische Absorptionsmethode weist eine hohe Selektivität bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan auf. Sie reagiert schnell mit sauren Gasen wie Kohlendioxid, reagiert jedoch nicht mit Methan. Während der Reinigung von Biogas sollen auch alle anderen säurehaltigen Stoffe gleichzeitig entfernt werden. Daher ist die chemische Absorptionsmethode in der Technik zur Reinigung von Biogas nach Methan besonders geeignet. PSA-Verdichtungsadsorptionsverfahren: Wie aus der Erklärung des Prinzips hervorgeht, hängt die Selektivität des Adsorptionsmittels gegenüber Gasen maßgeblich von den Eigenschaften der Gasmoleküle ab. Bei der Trennung von Gasen wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid ist die Selektivität sehr gut, die Ausbeute hoch und der Energieverbrauch gering. Das ist auch der Grund dafür, warum das PSA-Verdichtungsadsorptionsverfahren derzeit in den Bereichen Herstellung von Wasserstoff sowie in der Reinigung von Wassergas, Halbwassergas und Koksgas erfolgreich eingesetzt wird. Bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan ist die Trennung jedoch schwierig, da die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels für diese beiden Gase sehr ähnlich ist. Tatsächlich gelten sie in der Technologie der Druckadsorption als zwei Stoffe, deren wirtschaftliche Trennung schwierig ist. Genau deshalb ist die Selektivität des Adsorptionsmittels gegenüber diesen beiden Gasen gering
3 Vergleich der Ausbeuten: Chemische Absorptionsmethode: Da die chemische Absorptionsmethode eine hohe Selektivität bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan aufweist, reagiert die Lösung schnell mit sauren Gasen wie Kohlendioxid, während sie fast gar nicht mit Methan reagiert. Das bestimmt seine hohe Ausbeute. Fast das gesamte Methan wird zurückgewonnen. PSA-Verfahren zur Adsorptionsentgasung: Wie aus der Erklärung des Prinzips hervorgeht, hängt die Selektivität des Adsorbens gegenüber Gasen maßgeblich von den Eigenschaften der Gasmoleküle ab. Bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan ist die Adsorptionsfähigkeit des Adsorbens für diese beiden Gase ähnlich hoch. Um die Konzentration eines der Gase zu erhöhen, muss oft mit einem erheblichen Rückgang der Ausbeute gerechnet werden. Nach den aktuellen Technologien liegt die Ausbeute bei weniger als 50%, wenn die Konzentration des Produktmethans auf 95 % gebracht werden soll.
4 Vergleich der Produktkonzentrationen: Chemische Absorptionsmethode: Bei der chemischen Absorptionsmethode wird die Ausgangskonzentration des Gases anhand des Dampfdrucks an der Oberfläche der Lösung bestimmt. Daher kann bei der Regeneration der Lösung die Menge an Kohlendioxid im Lösungsmittel entsprechend angepasst werden. Dadurch lässt sich die Dampfdruckkonzentration von Kohlendioxid an der Oberfläche der Lösung während des Absorptionsvorgangs regulieren – und somit auch die Kohlendioxidkonzentration selbst. Wenn im Biogas keine inerten Gase wie Stickstoff oder Sauerstoff enthalten sind, kann die Konzentration von Methan auf über 99 % erhöht werden. PSA-Verfahren zur Adsorptionsentgasung: Wie bereits erwähnt, ist bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels für diese beiden Gase sehr ähnlich. Um die Konzentration eines der Gase zu erhöhen, muss in der Regel der Ertrag erheblich reduziert werden. Aus Sicht der aktuellen Technologie liegt die Ausbeute bei weniger als 50 %, wenn die Konzentration des Produktmethans auf 95 % erhöht werden soll. Um einen Wert von über 98 % zu erreichen, ist mit der derzeitigen Technologie fast nichts möglich.
5. Vergleich der Energieverbräuche (unter der Annahme, dass beide Verfahren zur Herstellung von Flüssiggas bei 20 MPa und 95 % Konzentration verwendet werden):
Chemische Absorption: Die Hauptkosten im Zusammenhang mit der chemischen Absorption entstehen durch den Stromverbrauch für die Kompression, den Stromverbrauch der Zirkulationspumpen sowie einen geringen Wasserverbrauch für die Nachfüllung. Zudem wird Dampf benötigt.
PSA-Verfahren: Bei dem PSA-Verfahren entstehen die Hauptkosten ebenfalls durch den Stromverbrauch für die Kompression sowie den Stromverbrauch der Steuerventile. Ebenfalls ist ein geringer Wasserverbrauch für die Nachfüllung notwendig. Auf den ersten Blick scheint das PSA-Verfahren keinen Dampf zu benötigen. Tatsächlich kann man davon ausgehen, dass bei der chemischen Absorption der Dampfbedarf durch eine Verringerung der Biogasausbeite um 5 % gedeckt werden kann. Dadurch kann die Methanausbeute bei 94–95 % liegen, während die Ausbeute bei der PSA-Verdichtungsadsorptionsmethode nur bei etwa 45 % liegt. Aufgrund der unterschiedlichen Gasausbeuten variiert der Stromverbrauch bei der Erzeugung derselben Menge an komprimiertem Erdgas erheblich. Bei der PSA-Verfahrensart muss das Gas 2–3 Mal mehr komprimiert werden, um eine ähnliche Ausbeute wie beim chemischen Adsorptionsverfahren zu erreichen – zudem entstehen große Mengen an Abgasen. Aus investitionstechnischer Sicht beträgt bei Investitionen derselben Größenordnung die Kosten für die chemische Absorptionsmethode weniger als ein Drittel der Kosten für die PSA-Verdrängungsmethode. Bei einem Vergleich des Verbrauchs beider Methoden beträgt der Verbrauch bei der chemischen Absorptionsmethode ein Fünftel bis ein Drittel des Verbrauchs bei der PSA-Druckabsorptionsmethode.
Chemische Absorption: Die Hauptkosten im Zusammenhang mit der chemischen Absorption entstehen durch den Stromverbrauch für die Kompression, den Stromverbrauch der Zirkulationspumpen sowie einen geringen Wasserverbrauch für die Nachfüllung. Zudem wird Dampf benötigt.
PSA-Verfahren: Bei dem PSA-Verfahren entstehen die Hauptkosten ebenfalls durch den Stromverbrauch für die Kompression sowie den Stromverbrauch der Steuerventile. Ebenfalls ist ein geringer Wasserverbrauch für die Nachfüllung notwendig. Auf den ersten Blick scheint das PSA-Verfahren keinen Dampf zu benötigen. Tatsächlich kann man davon ausgehen, dass bei der chemischen Absorption der Dampfbedarf durch eine Verringerung der Biogasausbeite um 5 % gedeckt werden kann. Dadurch kann die Methanausbeute bei 94–95 % liegen, während die Ausbeute bei der PSA-Verdichtungsadsorptionsmethode nur bei etwa 45 % liegt. Aufgrund der unterschiedlichen Gasausbeuten variiert der Stromverbrauch bei der Erzeugung derselben Menge an komprimiertem Erdgas erheblich. Bei der PSA-Verfahrensart muss das Gas 2–3 Mal mehr komprimiert werden, um eine ähnliche Ausbeute wie beim chemischen Adsorptionsverfahren zu erreichen – zudem entstehen große Mengen an Abgasen. Aus investitionstechnischer Sicht beträgt bei Investitionen derselben Größenordnung die Kosten für die chemische Absorptionsmethode weniger als ein Drittel der Kosten für die PSA-Verdrängungsmethode. Bei einem Vergleich des Verbrauchs beider Methoden beträgt der Verbrauch bei der chemischen Absorptionsmethode ein Fünftel bis ein Drittel des Verbrauchs bei der PSA-Druckabsorptionsmethode.
6 Grad der umfassenden Nutzung der Rohstoffe: Chemische Absorptionsmethode: Wie aus den vorherigen Erläuterungen hervorgeht, weist die chemische Absorptionsmethode aufgrund ihrer hohen Selektivität bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan eine hohe Methan-Recoverierungsrate auf. Im zurückgewonnenen Gas ist kein Methan enthalten, und die Reinheit des Kohlendioxids ist hoch. Dadurch ist es möglich, das Kohlendioxid weiter zu verarbeiten und als reines Kohlendioxidprodukt zu verkaufen. Auf diese Weise kann bei der Reinigung von Biogas mittels chemischer Absorptions-Trennverfahren fast das gesamte Ausgangsgas genutzt werden. PSA-Verfahren zur Adsorptionsentgasung: Bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan ist die Adsorptionsfähigkeit des Adsorbens für diese beiden Gase sehr ähnlich. Um die Konzentration eines der Gase zu erhöhen, muss in der Regel der Ertrag erheblich reduziert werden. Wie bereits erwähnt, liegt die Ausbeute bei weniger als 50 %, wenn die Konzentration des Produktmethans auf 95 % gebracht werden soll. Um einen Wert von über 98 % zu erreichen, ist mit der derzeitigen Technologie fast nichts möglich. Dadurch muss bei der Herstellung von Flaschengas mit 95 % Methangehalt 75 % des Gesamtvolumens des Ausgangsgases als Abgas ausgestoßen werden. In diesen Abgasen ist wiederum viel Methan enthalten, wodurch die Reinheit des Kohlendioxids ebenfalls gering ist – das Gas hat somit keinen Wert für die Wiederverwertung. Daher ist bei der Trennung von Methan und Kohlendioxid die PSA-Verdampfungsadsorptionsmethode nicht geeignet, da sie hier hohe Kosten, niedrige Ausbeute, schlechte Qualität sowie eine geringe Effizienz aufweist.