เทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอนและทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ ด้วยอัตราการได้ผลผลิตสูงและต้นทุนต่ำ – บริษัท ซิชวาน ฮงหู เทค

Thread Content

เทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอนและการทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ด้วยอัตราการได้ผลผลิตสูงและต้นทุนต่ำ โดย หวัง ปิน และ หวัง เจียหู (บริษัท ซิชวาน หงหู เทคโนโลยี กรุ๊ป จำกัด, เมืองเฉิงตู, มณฑลซิชวาน 610036) บทสรุป: บทความนี้นำเสนอสถานการณ์ปัจจุบันของเทคโนโลยีการทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ และจากการวิเคราะห์เปรียบเทียบ พบว่าการใช้เทคโนโลยีการดูดซับคาร์บอนด้วยแรงดันเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งมีอัตราการได้ผลผลิตสูงถึง 99% สามารถช่วยลดต้นทุนในการทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ อีกทั้งยังช่วยเพิ่มปริมาณผลผลิตและอัตรากำไร รวมถึงช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอีกด้วย ดังนั้นจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการนำก๊าซชีวภาพมาใช้ในรูปแบบที่มีคุณภาพสูง คำสำคัญ: ก๊าซบีออไรด์, การทำให้บริสุทธิ์, การกำจัดคาร์บอน, การดูดซับด้วยแรงดันสูง, อัตราการเก็บกู้ที่สูง, ต้นทุนต่ำ 1. บทนำ พลังงานถือเป็นรากฐานสำคัญสำหรับการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม นอกเหนือจากพลังงานน้ำแล้ว พลังงานชีวภาพถือเป็นพลังงานหมุนเวียนที่มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายที่สุด โดยก๊าซชีวภาพถือเป็นสาขาที่มีความสำคัญในการพัฒนา คาดว่าภายในปี 2020 ปริมาณก๊าซชีวภาพที่จีนนำมาใช้งานต่อปีจะอยู่ที่ 44 พันล้านลูกบาศก์เมตร เนื่องจากข้อจำกัดด้านเศรษฐกิจและเทคโนโลยี ปัจจุบันก๊าซชีวภาพที่ผลิตในปริมาณน้อยและถูกนำไปใช้ในงานระดับต่ำยังคงมีสัดส่วนสูง แต่การปรับเปลี่ยนรูปแบบการผลิตก๊าซชีวภาพให้มีขนาดใหญ่ขึ้น และนำไปใช้ในงานระดับสูงขึ้น ถือเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมนี้ ก๊าซหนองมีองค์ประกอบที่ซับซ้อน โดยขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่ใช้และกระบวนการหมักที่แตกต่างกัน จึงทำให้องค์ประกอบของก๊าซแตกต่างกันไป โดยส่วนประกอบหลักคือ CH4 ซึ่งคิดเป็นประมาณ 50%–70% ของปริมาตรก๊าซทั้งหมด ส่วน CO2 คิดเป็นประมาณ 25%–40% ส่วนก๊าซอื่นๆ เช่น N2, O2, H2S, H2O, CO, H2, NH3, ไฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ และซิลิโอเคน จะคิดเป็นประมาณ 5% 【1】 ก๊าซสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้จะส่งผลเสียในระดับหนึ่งต่อการนำก๊าซชีวภาพมาใช้ประโยชน์ ดังนั้น ก๊าซชีวภาพจึงยากที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบที่มีคุณภาพสูงได้ หากไม่มีการทำความสะอาดก่อน เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คิดเป็นส่วนใหญ่ของก๊าซที่เป็นสิ่งปนเปื้อน ดังนั้นต้นทุนในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์จึงมีผลอย่างมากต่อต้นทุนในการทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ ด้านล่างนี้จะกล่าวถึงเทคโนโลยีในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซชีวภาพโดยเฉพาะ 2. บทนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนในก๊าซชีวภาพที่มีปริมาณน้อย 2.1 ก๊าซชีวภาพที่มีไอน้ำอยู่ในปริมาณสูงสามารถกำจัดไอน้ำเหล่านั้นได้โดยใช้วิธีการควบแน่น วิธีการดูดซับ หรือใช้สารที่มีคุณสมบัติดูดซับน้ำ【2】 2.2 ก๊าซหน่วงไอเสียที่ผ่านการกำจัดกำมะถันแล้วนั้น มีสารซัลไฟด์ที่ก่อให้เกิดอันตรายได้ โดย H2S เป็นสารพิษ และเมื่อรวมตัวกับ H2O จะก่อให้เกิดการกัดกร่อนของอุปกรณ์ นอกจากนี้ เมื่อเผาไหม้จะก่อให้เกิด SOX ซึ่งจะสร้างมลพิษให้กับชั้นบรรยากาศอีกด้วย เทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันในก๊าซบ่อหนองแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การกำจัดกำมะถันในที่เกิด และการกำจัดกำมะถันใน เมื่อปริมาณก๊าซบ่อหรือปริมาณกำมะถันสูง จำเป็นต้องใช้วิธีการกำจัดกำมะถันแบบเปียก วิธีการนี้มีความซับซ้อนสูง และมีต้นทุนในการดำเนินการสูง โดยทั่วไปแล้วไม่สามารถกำจัดกำมะถันอินทรีย์ได้【2】 วิธีการแห้งเหมาะสำหรับกรณีที่ปริมาณก๊าซชีวมวลน้อย หรือมีปริมาณกำมะถันต่ำ มีขั้นตอนการใช้งานที่ง่าย ค่าใช้จ่ายในการลงทุนอุปกรณ์ก็น้อย และสามารถกำจัดกำมะถันอินทรีย์ได้หลายชนิดให้เหลือในระดับ ppm ได้ นอกจากนี้ ยังมีวิธีการกำจัดกำมะถันแบบใหม่ๆ เช่น การแยกด้วยม่าน การดูดซับด้วยแรงดันที่เปลี่ยนแปลงได้ และการกำจัดกำมะถันด้วยสิ่งมีชีวิตอีกด้วย 2.3 การกำจัดสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ สิ่งปนเปื้อนอื่นๆ มีปริมาณน้อย โดยปกติแล้วสามารถกำจัดได้ในหน่วยการทำความสะอาดหรือการกลั่นที่มีอยู่แล้ว【2】 หากอุตสาหกรรมบางประเภทมีข้อกำหนดพิเศษ เช่น ในกรณีที่ใช้กับเครื่องยนต์ไอน้ำ สารซิลอกเซนสามารถดูดซับได้โดยใช้สารละลายที่มีไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ ส่วนไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่ฮาโลเจนก็สามารถกำจัดออกได้โดยใช้ถ่านกัมมันต์ที่มีคุณสมบัติในการดูดซับที่อุณหภูมิต่างๆ【3】 3. บทนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีการกำจัด CO2 เทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอนจากก๊าซชีวภาพมักมีต้นกำเนิดมาจากอุตสาหกรรมเคมี ซึ่งรวมถึงวิธีการดูดซับทางฟิสิกส์ การดูดซับทางเคมี การดูดซับด้วยแรงดันที่เปลี่ยนแปลงได้ และการแยกด้วยแผ่นม่าน เป็นต้น เนื่องจากปริมาณก๊าซหน่วงที่ต้องจัดการมีน้อย จึงควรให้ความสำคัญกับการออกแบบให้มีขนาดเล็กลงและประหยัดพลังงา ใช้หลักการทางฟิสิกส์ โดยอาศัยคุณสมบัติที่ก๊าซที่มีความเป็นกรดสามารถละลายในสารละลายได้มากกว่า CH4 เพื่อกำจัด CO2 ออกไป สารละลายจะได้รับการฟื้นฟูโดยวิธีการลดความดัน การระเหยแบบฉับพลัน หรือการดึงก๊าซออก วิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือการใช้น้ำอัดแรงดันสูงในการล้าง【2,3】 การดูดซับทางเคมีใช้หลักการของปฏิกิริยาย้อนกลับระหว่างสารเคมีและก๊าซที่มีความเป็นกรดในสารละลาย เพื่อกำจัด CO2 ออกไป การดูดซับในอุณหภูมิต่ำ และการฟื้นฟูในอุณหภูมิสูง ตัวอย่างที่พบได้บ่อยคือวิธีการใช้แอลกอฮอล์และอะมีน【1,2】 ในกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพนั้น จะไม่มีไอน้ำเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้ แต่จะมีการผลิตไอน้ำขึ้นมาเพื่อใช้ในการทำให้สารละลายกลับมาใช้งานได้อีกครั้ง ซึ่งทั้งยุ่งยากและยังทำให้สูญเสียก๊าซชีวภาพไปด้วย ส่ง การแยกด้วยแผ่นม่านใช้หลักการที่ส่วนประกอบของก๊าซต่างๆ มีอัตราการละลายและแพร่กระจายในโพลิเมอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งภายใต้ความแตกต่างของความดันที่สองด้านของแผ่นม่าน จะทำให้อัตราการซึมผ่านผนังเส้นใยของแผ่นม่านแตกต่างกันไป และนั่นก็เป็นสาเหตุให้สามารถแยกก๊าซเหล่านั้นออกจากกันได้【2】 วิธีการแยกด้วยม่านมีอยู่สองแบบ ได้แก่ วิธีการแยกด้วยก๊าซที่มีความดันสูง และวิธีการแยกด้วยม่านที่ใช้ในการดูดซับก๊าซกับของเหลวที่มีความดันต่ำ การดูดซับด้วยแรงดันเปลี่ยนแปลงนั้น ใช้หลักการที่วัสดุดูดซับมีความสามารถในการดูดซับองค์ประกอบต่างๆ ของก๊าซบ่อก๊าซได้ในปริมาณที่แตกต่างกัน เพื่อนำ CO2 ออกไป วิธีนี้มีความอัตโนมัติสูง ทำงานได้อย่างเสถียร มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน และมีค่าใช้จ่ายในการทำความสะอาดที่ต่ำ【1,2,4】 แต่อุปกรณ์ดูดซับด้วยแรงดันแบบดั้งเดิมมีการสูญเสีย CH4 ในปริมาณที่มาก เมื่อความเข้มข้นของ CH4 อยู่ที่ 90%–95% อัตราการกู้คืนจะอยู่ที่ประมาณ 90% เท่านั้น【8,10,11】 ส่วนในกรณีที่ความเข้มข้นต่ำกว่านั้น อัตราการกู้คืนจะอยู่ที่ต่ำกว่า 60%【9】 ข้อเสียดังกล่าวเป็นอุปสรรคต่อการนำเทคโนโลยีการดูดซับแบบเปลี่ยนแรงดันมาใช้ในการทำความสะอาดก๊าซบีออไกด์ กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาอัตราการกู้คืน CH4 ที่ต่ำ คือการใช้สารดูดซับที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การแยกก๊าซผสม CH4/CO2 และเพิ่มความสามารถในการดูดซับ CO2 ด้วย ด้วยการนำเทคโนโลยีล่าสุดจากทั้งในและต่างประเทศมาประยุกต์ใช้【6,7】 บริษัท หงหู่ เทคโนโลยี จึงสามารถพัฒนาสารดูดซับพิเศษสำหรับการกำจัดก๊าซไขมันได้ ซึ่งช่วยให้สามารถกู้คืนก๊าซ CH4 ได้ในอัตรา 99% ส่วนปริมาณก๊าซ CH4 ในก๊าซเสียจะอยู่ที่น้อยกว่า 1% และความบริสุทธิ์ของก๊าซที่ได้จะอยู่ที่ 97%–99% (สามารถปรับได้) ตัวดูดซับนี้มีความสามารถในการดูดซับสูง และมีค่าสัมประสิทธิ์การแยกที่ดี ซึ่งช่วยลดขนาดของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดต้นทุนการลงทุนโดยรวม และลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินการด้วย 4. การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอนในก๊าซบ่อหนอง 4.1 ตัวชี้วัดของก๊าซวัตถุดิบ ใช้ก๊าซบ่อหนองที่มีค่าตามที่ระบุไว้ในตารางที่ 1 เป็นก๊าซวัตถุดิบสำหรับการเปรียบเทียบเทคโนโลยีต่างๆ ตารางที่ 1 ค่ามาตรฐานของก๊าซวัตถุดิบ
| รายการ | อัตราการไหล (Nm3/วัน) | ความดัน (kPaG) | อุณหภูมิ (℃) | CH4 (%) | CO2 (%) | ส่วนประกอบอื่นๆ (%) | ค่ามาตรฐาน |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 20000 | 5 | 40 | 57 | 41 | 2 | 4.2 |

ค่าใช้จ่ายในการลงทุนเพื่อสร้างอุปกรณ์กำจัดคาร์บอนและทำให้ก๊าซบริสุทธิ์ของบริษัท Honghu Technology นั้น มีค่าต่ำกว่าวิธีการดูดซับด้วยแรงดันแบบดั้งเดิม และยังต่ำกว่าวิธี MDEA และวิธีการแยกด้วยม่านอีกด้วย แต่มีค่าสูงกว่าวิธีการล้างด้วยน้ำที่มีแรงดันสูงเล็กน้อย [1,2,3,4,5,8,9] 4.3 อัตราการกู้คืนมีเทน file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png เครื่องมือสำหรับกำจัดคาร์บอนและทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ของบริษัท Honghu Technology มีอัตราการกู้คืนมีเทนสูงถึง 99% ซึ่งสูงกว่าเครื่องมืออื่นๆ ในการทำให้ก๊าซบริสุทธิ์【1,2,3,4,5,8,9】 4.4 ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png หมายเหตุ: แรงดันที่ใช้ในการส่งก๊าซผลิตภัณฑ์นั้น จะถูกกำหนดไว้ที่ 0.8 MPa เสมอ. ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการอุปกรณ์กำจัดคาร์บอนและทำให้ก๊าซบีออไรด์บริสุทธิ์ของบริษัท ฮงหู เทคโนโลยีนั้น ต่ำกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ อย่างเห็นได้ชัด【1】 5. สรุปได้ว่า เทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอนและทำให้ก๊าซชีวมวลบริสุทธิ์ขึ้น ซึ่งพัฒนาโดยบริษัท Sichuan Honghu Technology Group Co., Ltd. นั้น นอกจากจะมีความสามารถในการทำงานแบบอัตโนมัติสูง การใช้งานง่าย และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมแล้ว ยังมีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจน ได้แก่ ต้นทุนการลงทุนที่ต่ำ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการต่ำ และอัตราการกู้คืน CH4 ได้สูงถึง 99% ซึ่งสูงกว่ามาตรฐานระดับสากลและในประเทศอีกด้วย เอกสารอ้างอิง: หัว เหว่ย. เทคโนโลยีและความคุ้มค่าในการแปลงก๊าซบ่อกรดให้เป็นก๊าซธรรมชาติ (CNG). จิง หาว และคณะ. เทคโนโลยีและการนำก๊าซบ่อกรดมาแปรรูปเป็นมีเทนชีวภาพ วารสาร China Biogas, 2012.30(2): 6-11. ซง ซานหุย และคณะ. สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการทำให้ก๊าซบ่อกรดบริสุทธิ์ขึ้น วารสาร China Biogas, 2007.25(4): 23-27. เจิน เฟิง และคณะ. เทคโนโลยีการนำก๊าซบ่อกรดมาใช้ประโยชน์ในรูปแบบที่มีมูลค่าสูงขึ้น วารสาร Environmental Science and Technology, 2012.11: 103-108. หลี่ ตง และคณะ. สถานะปัจจุบันและแนวโน้มการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรก๊าซบ่อกรดในประเทศจีน วารสาร Modern Chemical Industry, 2009.4: 1-5. ยู ซินเจียง และคณะ. วิธีการสร้างคาร์บอนรูพรุนด้วยวิธีแม่แบบ และการแยก CH4/N2/CO2 วารสาร Petroleum Chemistry and Engineering, 2016.2: 221-226. หลี่ ตง และคณะ. การปรับปรุงคุณสมบัติของคาร์บอนที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับ CO2/CH4 วารสาร Journal of Coal Science, 2011.12: 2012-2017. เฉิน เซียง และคณะ. สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการแปรรูปก๊าซบ่อกรดให้เป็นมีเทนชีวภาพ วารสาร Agricultural Engineering, 2012.7: 30-34. หลี่ ชิง และคณะ. ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการทำให้ก๊าซบ่อกรดบริสุทธิ์ขึ้นเพื่อนำมาใช้เป็นมีเทนชีวภาพ วารสาร Modern Chemical Industry, 2014.11: 19-23. บริษัท Sichuan Yalian Technology Co., Ltd. วิธีการสกัดมีเทนจากก๊าซบ่อกรด สิทธิบัตรจีน: CN200910060286, 1 กันยายน 2010. บริษัท Sichuan Yalian High-Tech Co., Ltd. วิธีการกู้คืนมีเทนจากก๊าซที่เกิดจากการทิ้งขยะ สิทธิบัตรจีน: CN200810045223, 16 กรกฎาคม 2008.