Tecnologia de purificação de biogás por método de membranas
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1. Quanto ao biogás, o nosso país possui mais de 3.000 grandes instalações de produção de biogás. Além disso, existem centenas de aterros sanitários, que geram grandes quantidades de biogás e gás resultante do processo de compactação dos resíduos, a cada ano. Geralmente, o biogás bruto obtido em tanques ou reservatórios de biogás contém de 40 a 60% de metano. Além disso, ele também contém impurezas como enxofre e amônia, o que o torna inadequado para uso direto. É necessário submetê-lo a processos de purificação para obter um biogás mais puro, seco e rico em metano (ou seja, gás natural biológico), para que possa ser utilizado de maneira eficiente. 2. Os dados do mercado de gás natural indicam que, até o ano de 2015, a estrutura de fornecimento de gás natural no nosso país será composta por 170 bilhões de m³ de gás produzido localmente e 90 bilhões de m³ importados. O consumo de gás natural chegará a 260 bilhões de m³. A participação do gás natural no consumo total de energia aumentará de 4%, atualmente, para cerca de 8%. A produção nacional de gás natural deve atingir 185 bilhões de m³, com um déficit entre oferta e demanda de 75 bilhões de m³. Isso exige a importação de gás natural para atender à demanda nacional. Ao mesmo tempo, os veículos a gás natural em nosso país estão concentrados principalmente no setor de veículos comerciais e táxis, atingindo uma certa escala. Devido ao aumento dos preços do petróleo e aos incentivos políticos, os sistemas de transporte público e os táxis de várias cidades passaram a utilizar gás natural. Isso criou um mercado enorme para o desenvolvimento do biogás. 3. Nossa tecnologia utiliza um avançado método de separação por membrana de gás para purificar o biogás bruto em gás natural biológico. Esse método apresenta vantagens significativas em comparação com os métodos tradicionais de adsorção por PSA e absorção com produtos químicos, como ocupar menos espaço, exigir menor investimento e ter menor consumo de energia. Tornou-se uma tendência no desenvolvimento dos processos de purificação do biogás. O princípio de purificação da tecnologia de membranas gasosas é o seguinte: quando os diferentes componentes do gás misto passam por uma membrana de polímero (poliimida), sua solubilidade e taxa de difusão dentro das fibras da membrana são diferentes, o que permite a separação dos componentes. De acordo com essa característica, os vários gases podem ser divididos em “gases rápidos” e “gases lentos”. Quando se utiliza o método de membranas para separar o biogás, o biogás comprimido e pré-tratado flui pelo interior dos fios de fibra oca. Sob a ação da diferença de pressão, os gases com maior coeficiente de solubilidade e difusão (como CO2 e H2S, que são considerados “gases rápidos”) passam primeiro através da parede do tubo. Já os outros gases (como CH4, que são considerados “gases lentos”) encontram mais resistência para passar, resultando em uma menor quantidade deles que consegue atravessar a parede do tubo. Dessa forma, é possível separar o CH4 do CO2, ou seja, realizar o processo de purificação do biogás. 4. Vantagens técnicas: consumo de energia extremamente baixo ； ü Estrutura modular, economiza espaço ； ü Confiável e durável, com boa segurança ； ü Ampla faixa de ajuste, com alta flexibilidade ； ü Pode ser miniaturizado, reduzido em tamanho e tornado portátil ； ü O processo de produção é curto, e a manutenção dos equipamentos é simples ； É possível extrair simultaneamente os gases CO2 e CH4. 5. Aplicação da tecnologia: Esta tecnologia pode ser amplamente utilizada em áreas como o gás gerado a partir de efluentes orgânicos industriais, resíduos alimentares, efluentes provenientes da criação de animais e lodos urbanos. Graças às mais recentes tecnologias internacionais de separação por membranas gasosas, é possível purificar o biogás e o gás gerado em aterros sanitários até atingir um padrão de qualidade semelhante ao do combustível para veículos e ao gás natural convencional. Isso melhora significativamente a qualidade desses gases, ampliando assim seu campo de aplicação e seu valor de uso. Esta tecnologia muda a situação atual, em que o biogás e o gás gerado em aterros sanitários são utilizados, na sua maioria, apenas para cozinhar e gerar energia, ou seja, têm um valor de uso limitado. Ela oferece uma nova maneira de utilizar esses gases de forma eficiente e com maior valor agregado. Esta tecnologia purifica o biogás para produzir gás natural, especialmente gás natural comprimido (GNC), que pode ser utilizado como combustível para automóveis, gás industrial ou gás urbano. A tecnologia de purificação requer apenas energia elétrica; a pureza do metano é de ≥95%, e a taxa de recuperação do metano é de ≥97%. O custo total de purificação do GNC é de 1,2 a 1,6 yuan/m³ de metano. Em algumas regiões costeiras do leste, o preço do gás industrial chega a 3 a 5 yuan/m³, o que representa uma grande vantagem econômica ； Em comparação com outras formas de utilização, o gás biogás, após ser refinado em gás natural, oferece um valor agregado maior, margens de lucro mais altas, perdas de energia mínimas e a maior quantidade possível de energia disponível para transporte.
E o nitrogênio presente no biogás? Parece que a membrana não consegue resolver o problema do nitrogênio, certo?
A membrana realmente não faz nada contra o nitrogênio. Mas o biogás é produzido por meio de um processo de fermentação anaeróbica. Normalmente, o biogás não deve conter nitrogênio. Sei que existem apenas duas situações em que o nitrogênio pode estar presente: primeiro, quando há um erro na operação do equipamento de coleta de amostras, fazendo com que o ar se misture ao biogás; segundo, em alguns processos de desulfuração biológica, é necessário uma pequena quantidade de oxigênio, e nesse caso, uma pequena quantidade de ar é introduzida. Em qualquer dos casos, a quantidade de nitrogênio é sempre mínima. Além disso, as normas para o GNC purificado não estabelecem limites quanto à presença de nitrogênio. Você acha que pode haver muita quantidade de nitrogênio? Em que situação houve a mistura? Eu também quero aprender um pouco*
É possível escolher a membrana com prioridade para nitrogênio, relato de um iniciante :)
Usar o método de membranas para remover traços de nitrogênio parece inviável, não é? !
Obrigado pelo esclarecimento, mestre! Aprendi! Gostaria de fazer uma pergunta: 1. O biogás produzido em aterros sanitários possui um alto teor de nitrogênio, além de ser instável, com um teor volumétrico que varia entre 0 e 10%. Nesse caso, se não forem adotadas medidas para reduzir o teor de nitrogênio desde a fonte ou no processo de produção, então o gás resultante certamente não atenderá aos padrões do gás natural. 2. A tecnologia de tratamento por membranas já existe há muitos anos; qual é o nível de produção nacional dos equipamentos relacionados? Qual é o nível de promoção e aplicação das instalações de tratamento e utilização de biogás no país? Quanto aos processos tradicionais mencionados, o PSA é mais utilizado. O método com produtos químicos deve se referir à absorção pelo solvente; o solvente seria, então, referência a vários tipos de aminas? A indústria de biogás no país realmente precisa ter aplicações industriais?
1. O nitrogênio é um gás muito estável; reações catalíticas podem removê-lo, mas o custo é muito alto, o que o torna inviável para a indústria de biogás. Uma pequena quantidade não é um problema, pois as normas para gás natural não estabelecem requisitos para nitrogênio. 2. A tecnologia de separação por membranas já está bem desenvolvida, e não há problemas em produzir os sistemas necessários no país. No entanto, as membranas essenciais só podem ser importadas; é difícil produzi-las localmente no momento. Tenho amigos em instituições de pesquisa relacionadas, e basicamente ninguém está mais pesquisando a fabricação de membranas. Todos estão ocupados comprando membranas importadas para desenvolver projetos. 3. Os agentes químicos ou solventes referem-se a diversos tipos de soluções de aminas. Como o CO2 é ácido, é necessário usar soluções alcalinas para uma absorção eficaz. 4. No setor de biogás no país, há um uso industrializado dessa tecnologia. Com o apoio de determinados órgãos governamentais, a velocidade de desenvolvimento é bastante alta. No entanto, ainda estamos em um estágio inicial; existem muitas técnicas diferentes em competição, e também há muitos que tentam enganar os outros. Portanto, é preciso fazer uma seleção cuidadosa
Hehe, em que área você trabalha?
Vários equipamentos de purificação de biogás por método de membranas já estão em operação no país. Existem gás de aterro, biogás de resíduos alimentares e biogás de esterco de animais.