उच्च दक्षता एवं कम लागत वाली बायोगैस डीकार्बोनाइजेशन/शुद्धिकरण तकनीक – सिचुआन होंगहू टेक्नोलॉजी ग्रुप

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उच्च दक्षता एवं कम लागत वाली गैसीकरण-विमुक्ति एवं शुद्धिकरण तकनीक – वांग बिन, हुआंग जियाहू (सिचुआन होंगहू टेक्नोलॉजी ग्रुप कंपनी लिमिटेड, सिचुआन, चेंगदू 610036)
सारांश: इस लेख में गैसीकरण-विमुक्ति एवं शुद्धिकरण तकनीकों की वर्तमान स्थिति का वर्णन किया गया है। विश्लेषण के माध्यम से यह पाया गया कि 99% दक्षता वाली वोल्टेज-परिवर्तन आधारित अवशोषण तकनीक का उपयोग करने से गैसीकरण-विमुक्ति एवं शुद्धिकरण की लागत में काफी कमी आती है; इससे उत्पादन एवं लाभ में वृद्धि होती है, एवं ग्रीनहाउस गैसों के उत्सर्जन में भी कमी आती है। अतः यह तकनीक गैसीकरण-विमुक्ति एवं शुद्धिकरण हेतु एक उपयुक्त विकल्प है। कीवर्ड: बायोगैस, शुद्धिकरण, कार्बन निष्कासन, वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन, उच्च पुनर्प्राप्ति दर, कम लागत
1. परिचय: ऊर्जा, आर्थिक एवं सामाजिक विकास हेतु एक महत्वपूर्ण आधार है। जल ऊर्जा के अलावा, जैव ऊर्जा सबसे अधिक उपयोग में आने वाली नवीकरणीय ऊर्जा है; इसमें बायोगैस एक महत्वपूर्ण विकास क्षेत्र है। अनुमान है कि वर्ष 2020 तक चीन में बायोगैस का वार्षिक उपयोग 44 अरब घन मीटर तक पहुँच जाएगा। आर्थिक एवं तकनीकी कारकों के कारण, वर्तमान में देश में छोटे पैमाने पर बायोगैस उत्पादन हो रहा है, एवं इसका उपयोग भी सीमित उद्देश्यों हेतु ही किया जा रहा है। लेकिन बायोगैस उत्पादन का विकास एवं सुधार, अर्थात् बड़े पैमाने पर उत्पादन एवं इसका उच्च स्तरीय उपयोग, इस उद्योग के विकास हेतु आवश्यक है। बायोगैस की संरचना जटिल होती है; विभिन्न कच्चे पदार्थों एवं विभिन्न किण्वन प्रक्रियाओं के कारण इसमें मौजूद गैसों की मात्रा में भिन्नता होती है। इसका मुख्य घटक CH4 है, जो कुल आयतन का लगभग 50% से 70% हिस्सा होता है। CO2 की मात्रा लगभग 25% से 40% होती है। शेष गैसें जैसे N2, O2, H2S, H2O, CO, H2, NH3, हैलोजनयुक्त हाइड्रोकार्बन, सिलोक्सेन आदि कुल आयतन का लगभग 5% हिस्सा होती हैं【1】। इनमें मौजूद अशुद्ध गैसें, बायोगैस के उपयोग की प्रक्रिया में कमोबेश नकारात्मक प्रभाव डालती हैं; इसलिए, बिना शुद्धिकरण के बायोगैस का उच्च स्तर पर उपयोग करना कठिन है। चूँकि CO2, अशुद्ध गैसों में से अधिकांश हिस्सा बनाता है; इसलिए डीकार्बोनाइजेशन की लागत, बायोगैस शुद्धीकरण की कुल लागत को निर्धारित करती है। आगे हम बायोगैस से CO2 हटाने की तकनीकों पर विस्तार से चर्चा करेंगे। 2. कम मात्रा में उपस्थित बायोगैस अशुद्धियों को हटाने की तकनीकें – संक्षिप्त विवरण
2.1 नमीयुक्त बायोगैस में मौजूद संतृप्त जलवाष्प को संघनन विधि, अधिशोषण विधि या अवशोषक पदार्थों के द्वारा हटाया जा सकता है [2]. 2.2 डीसल्फराइज्ड बायोगैस में मौजूद सल्फाइड्स बहुत ही हानिकारक होते हैं। H2S विषाक्त होता है, एवं H2O के साथ मिलने पर यह उपकरणों को क्षतिग्रस्त कर देता है। इसके दहन से SOX उत्पन्न होता है, जो वायुमंडल को प्रदूषित करता है। बायोगैस से सल्फर हटाने की तकनीकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है – इन-साइट सल्फर हटाने की तकनीकें, ए जब बायोगैस में गैस की मात्रा अधिक होती है, या इसमें सल्फर की मात्रा अधिक होती है, तो ऐसी स्थिति में गीली विधि स इस विधि में प्रक्रिया जटिल है, एवं इसकी संचालन लागत भी अधिक है; इसलिए आम तौर पर कार्बनिक सल्फर को हटाया नहीं जा सकता [2]। शुष्क विधि, कम मात्रा में बायोगैस उत्पन्न होने या सल्फर की मात्रा कम होने की स्थितियों में उपयुक्त है। इसका संचालन आसान है, इसके लिए आवश्यक उपकरणों पर कम लागत आती है; साथ ही, यह विभिन्न प्रकार के कार्बनिक सल्फरों को ppm स्तर तक हटाने में सक्षम है। इसके अलावा, मेम्ब्रेन सेपरेशन, वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन, बायोलॉजिकल डीसल्फराइजेशन आदि जैसी नई डीसल्फराइजेशन विधियाँ भी हैं। 2.3 अन्य अशुद्धियों का निष्कासन: अन्य अशुद्धियों की मात्रा कम होती है; इन्हें आमतौर पर मौजूदा शुद्धिकरण/परिशोधन उपकरणों के द्वारा ही हटाया जा सकता है【2】। यदि कुछ उद्योगों में विशेष आवश्यकताएँ होती हैं, जैसे गैस टर्बाइनों में उपयोग हेतु, तो वहाँ सिलोक्सेन को हाइड्रोकार्बनों के मिश्रण द्वारा अवशोषित किया जा सकता है; जबकि हैलोजनयुक्त हाइड्रोकार्बनों को विशेष प्रकार के एक्टिवेटेड कार्बन के द्वारा अलग किया जा सकता है【3】। 3. CO2 हटाने संबंधी तकनीकों का संक्षिप्त परिचय: बायोगैस में से CO2 हटाने हेतु उपयोग की जाने वाली तकनीकें मुख्य रूप से रसायन उद्योग से आई हैं; इनमें भौतिक अवशोषण, रासायनिक अवशोषण, वेरिएबल-प्रेशर अवशोषण, झिल्ली-विभाजन आदि शामिल है चूँकि बायोगैस का उत्पादन मात्रा में कम होता है, इसलिए छोटे आकार एवं ऊर्जा-बचत पर अधिक ध्यान देना भौतिक अवशोषण विधि में, अम्लीय गैसों की घोल में घुलनशीलता CH4 की तुलना में अधिक होने के गुण का उपयोग CO2 को हटाने हेतु किया जाता है। विलयन को कम दबाव, फ्लैश वाष्पीकरण, गैस स्ट्रिपिंग आदि विधियों द्वारा पुनर्जीवित किया जाता है। सबसे अधिक उपयोग में आने वाली विधि है उच्च-दबाव वाले पानी से धोने की विधि【2,3】। रासायनिक अवशोषण की प्रक्रिया में, घोल में मौजूद रासायनिक पदार्थों एवं अम्लीय गैसों के बीच विपरीत अभिक्रियाओं का उपयोग CO2 को हटाने हेतु किया जाता है। घोल का निम्न तापमान पर अवशोषण एवं उच्च तापमान पर पुनरुत्पादन, इसका एक उदाहरण “अल्कोहोल-अमीन विधि” है [1,2]। बायोगैस उत्पादन प्रक्रिया में कोई वरामदा भाप उत्पन्न नहीं होती; घोल को पुनर्जीवित करने हेतु विशेष रूप से भाप तैयार की जाती है। यह प्रक्रिया न केवल जटिल है, बल्कि बायोगैस की भी बर्बादी होती है, ज झिल्ली अलगाव में, विभिन्न गैस घटकों के बहुलक पदार्थों में घुलने एवं फैलने की दरों में अंतर का उपयोग किया जाता है। झिल्ली के दोनों ओर दबाव-अंतर के कारण, गैस घटकों के झिल्ली से गुजरने की दरें भी अलग-अलग हो जाती हैं; इस प्रकार उन्हें अलग किया जाता है [2]। झिल्ली-विभाजन विधि में दो प्रकार हैं – उच्च दबाव वाली गैसीय अवस्था में विभाजन विधि, एवं कम दबाव वाली गैस-तरल अवस्था में अवशोषण द्वार ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन विधि में, CO2 को हटाने हेतु एडसॉर्बेंट की सतह पर दलदली गैस के विभिन्न घटकों के अवशोषण की क्षमता में अंतर का उपयोग किया जाता है। यह विधि अत्यधिक स्वचालित है; इसका संचालन स्थिर होता है, उपकरणों की आयु लंबी होती है, एवं शुद्धिकरण हेतु आवश्यक लागत भी कम होती है【1,2,4】। लेकिन, पारंपरिक प्रेशर स्विंग एडसॉर्प्शन उपकरणों में CH4 का नुकसान अधिक होता है। जब CH4 की सांद्रता 90% से 95% के बीच होती है, तो पुनर्प्राप्ति दर केवल 90% तक ही हो पाती है【8,10,11】; जबकि यह दर 60% से भी कम हो सकती है【9】। यह कमी, बायोगैस शुद्धिकरण के क्षेत्र में ट्रांसफॉर्मेशनल एडसॉर्प्शन तकनीक के उपयोग को सीमित करती है। CH4 पुनर्प्राप्ति दर को बढ़ाने की कुंजी कुशल अधिशोषकों में निहित है; इसका उद्देश्य CH4/CO2 मिश्रण के पृथक्करण गुणांक को बढ़ाना एवं CO2 के अधिशोषण क्षमता को भी बढ़ाना है। घरेलू एवं विदेशी स्तर पर उपलब्ध नवीनतम तकनीकों का उपयोग करके, होंगहू टेक्नोलॉजी द्वारा विकसित विशेष अवशोषकों की मदद से CH4 की पुनर्प्राप्ति दर 99% तक हो जाती है; गैस में CH4 की मात्रा 1% से कम रहती है। इसके अलावा, उत्पन्न गैस की शुद्धता 97% से 99% तक होती है (यह मान समायोजित किया जा सकता है)। इस अवशोषक की अवशोषण क्षमता अधिक है, एवं इसका पृथक्करण गुणांक भी उच्च है। इस कारण उपकरणों का आकार कम हो जाता है, कुल निवेश राशि में कमी आती है, एवं संचालन लागत भी कम हो जाती है। 4. दलदली गैस के कार्बनमुक्तीकरण हेतु उपयोग में आने वाली तकनीकों की तुलना 4.1 कच्ची गैस संबंधी मापदंड: विभिन्न तकनीकों की तुलना हेतु, तालिका 1 में दिए गए मापदंडों के अनुसार दलदली गैस को ही कच्ची गैस के रूप में उपयोग में लाया तालिका 1: कच्ची गैस संबंधी मापदंड
प्रकार | प्रवाह दर (Nm3/दिन) | दबाव (kPaG) | तापमान (°C) | CH4 (V%) | CO2 (V%) | अन्य घटक (V%)
|——|——|——|——|——|——|——|
20000 | 5 | 40 | 57 | 41 | 2 | 4.2

होंगहू टेक्नोलॉजीज द्वारा विकसित गैस डीकार्बोनाइजेशन एवं शुद्धिकरण उपकरणों में निवेश की लागत, पारंपरिक वेरिएबल-प्रेशर एडसॉर्प्शन विधि की तुलना में कम है; MDEA एवं मेम्ब्रेन विभाजन विधियों की तुलना में भी यह कम है। हालाँकि, यह उच्च-दबाव वाली जल-शुद्धिकरण विधि की तुलना में थोड़ा अधिक है [1,2,3,4,5,8,9]। 4.3 मीथेन पुनर्प्राप्ति दर
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होंगहू टेक्नोलॉजीज के बायोगैस डिकार्बोनाइजेशन एवं शुद्धीकरण उपकरण में मीथेन पुनर्प्राप्ति दर 99% है; यह अन्य शुद्धीकरण उपकरणों की तुलना में अधिक है【1,2,3,4,5,8,9】। 4.4 संचालन संबंधी लागतें: file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png
नोट: उत्पादित गैस का आउटपुट दबाव हमेशा 0.8 MPa ही माना जाता है। होंगहू टेक्नोलॉजी के दलदली गैस से कार्बन हटाने एवं उसे शुद्ध करने वाले उपकरणों की संचालन लागत, अन्य तकनीकों की तुलना में काफी कम है【1】। 5. निष्कर्ष: सिचुआन होंगहू टेक्नोलॉजी ग्रुप कंपनी द्वारा विकसित ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन तकनीक, उच्च स्तर की स्वचालन क्षमता, आसान संचालन, सुरक्षा एवं पर्यावरण-अनुकूलता के अलावा, कम निवेश एवं कम संचालन लागत जैसे लाभ भी प्रदान करती है। इसके अतिरिक्त, CH4 की 99% दर से पुनर्प्राप्ति होना भी इस तकनीक का एक महत्वपूर्ण लाभ है; यह अंतरराष्ट्रीय एवं घरेलू स्तरों की तुलना में बेहतर है। संदर्भ: हाओ वेई. बायोगैस से प्राकृतिक गैस (CNG) उत्पादन हेतु प्रक्रियाएँ एवं आर्थिक पहलू. जियांग हाओ एवं अन्य. बायोगैस को शुद्ध करके जैव-मीथेन उत्पादन हेतु तकनीकें एवं उनका उपयोग. चाइना बायोगैस, 2012.30(2): 6-11. सोंग कानहुई एवं अन्य. बायोगैस शुद्धीकरण तकनीकों की वर्तमान स्थिति. चाइना बायोगैस, 2007.25(4): 23-27. झेन फेंग एवं अन्य. बायोगैस का उच्च मूल्य वाले उत्पादों में उपयोग एवं शुद्धीकरण तकनीकें. एनवायरनमेंटल साइंसेज एंड टेक्नोलॉजी, 2012.11: 103-108. ली डोंग एवं अन्य. चीन में बायोगैस संसाधनों की वर्तमान स्थिति एवं उनके उपयोग की संभावनाएँ. मॉडर्न केमिकल इंडस्ट्री, 2009.4: 1-5. यू शिनजियांग एवं अन्य. छिद्रयुक्त कार्बन का निर्माण एवं CH4/N2/CO2 का अवशोषण. पेट्रोकेमिकल्स, 2016.2: 221-226. ली टोंग एवं अन्य. सक्रिय कार्बन का संशोधन एवं CO2/CH4 के अवशोषण में इसकी भूमिका. कोयला जर्नल, 2011.12: 2012-2017. चेन शियांग एवं अन्य. बायोगैस को शुद्ध करके जैव-मीथेन उत्पादन हेतु तकनीकों की वर्तमान स्थिति. एग्रीकल्चरल इंजीनियरिंग, 2012.7: 30-34. ली शेंग एवं अन्य. उच्च शुद्धता वाला जैव-मीथेन उत्पादन हेतु बायोगैस शुद्धीकरण तकनीकों की प्रगति. मॉडर्न केमिकल इंडस्ट्री, 2014.11: 19-23. सिचुआन यालियान टेक्नोलॉजी लिमिटेड. बायोगैस से मीथेन निकालने हेतु एक विधि. चीनी पेटेंट: CN200910060286, 2010-9-1. सिचुआन यालियान हाई-टेक लिमिटेड. कचरा-डंप से मीथेन निकालने हेतु एक विधि. चीनी पेटेंट: CN200810045223, 2008-7-16.