publicerat_40.jpg

RKA 33 Processintern metananrikning

Publikationstyp: Rapporter kretslopp och avfall
Författare: Nordberg Åke, Edström Mats, Uusi-Pentillä Marketta , Rasmusson Åke
År: 2005
En av de allra största kostnadsposterna vid nyttjande av biogas som fordonsbränsle är uppgraderingen av biogasen till drivmedelkvalitet. Den metod som undersökts i projektet kallas processintern metananrikning och går ut på att vid våtfasrötning cirkulera rötkammarinnehållet (slammet) över en s.k. desorptionskolonn där luft blåses igenom slammet för avdrivning (desorption) av löst koldioxid. Slammet återförs därefter till rötkammaren och resultatet blir att gasen ut från rötkammaren anrikas på metan. Metoden skulle kunna innebära fördelar gentemot de nuvarande kommersiella metoderna för avskiljning av koldioxid genom sin enkelhet. I projektet har både pilotskaleförsök (15-19 m3 rötkammare och 90-140 L desorptionskolonn) och simuleringar genomförts för att klargöra förutsättningarna för att i fullskala uppgradera metanhalten till drivmedelskvalitet. Målet med att ta fram kunskaps- och dimensioneringsunderlag som i framtiden ska kunna appliceras på processintern metananrikning vid våtfasrötning av slam har nåtts. De resultat som framkommit i föreliggande projekt har inneburit ett avsevärt ökat kunskapsunderlag för kostnadseffektiv processintern metananrikning.

Satsvisa försök med desorption av rötslam visade att volymen desorberad CO2 ökade med tiden och även med ökat luftflöde. Volymen desorberad metan ökade under de första 15 minuterna, men därefter upphörde avgången av metan. Variation i luftflödet verkade inte ha någon stor påverkan på metandesorptionen. Detta indikerar att den metan som fanns löst i slammet ganska snabbt desorberades och därefter skedde endast desorption av koldioxid. Detta innebär att den selektiv desorptionen av koldioxid, uttryckt som kvoten CO2/CH4, ökade med tiden och med ökat luftflöde.

Under de första kontinuerliga försöken ökade kvävgashalten ända upp till över 10%, vilket försämrade gaskvaliteten avsevärt. Den troliga förklaringen till den höga halten var att luft kom in i samband med att slammet pumpades från mellanlagringstanken (efter kolonnen) till rötkammaren. En ombyggnad som inne­bar att slammet leddes direkt från kolonnen till rötkammaren samt att diametern på utgående ledning från kolonnen ökades och att skruvpumpen modifierades resulterade i en mindre andel kvävgas i rötkammaren samt inga problem med igensatta pumpar.

Resultaten från de kontinuerliga försöken visar att desorption av koldioxid med luft inte hade någon negativ påverkan på den metanbildande aktiviteten eftersom metanutbytet var i princip detsamma med eller utan desorption. Under försöken testades flera kombinationer av slam- och luftflöden. Den högsta metanhalten som uppnåddes med de tillgängliga resurserna i form av befintlig och tillgänglig kolonn, slampump och luftkompressor var ca 87 % med ett kvävgasinnehåll på ca 2 % och en metanförlust omkring 8 %. Försöks- och simuleringsresultaten visar att för att minimera förlusten av metan bör slamflödet vara så lågt som möjligt, samtidigt som tillräcklig mängd koldioxid totalt sett måste föras till kolonnen för desorption. Vid de betingelser som är av intresse visar resultaten att all metan desorberas ur det slam som passerar kolonnen. Desorptionen av koldioxid ökar främst med ökande luftflöde.

Simuleringsresultaten stödjer hypotesen att processintern metananrikning rent tekniskt kan genomföras så att metanförlusterna hålls tillräckligt låga (< 2%) samtidigt som tillräcklig desorption av koldioxid uppnås (95% metan i rötkammargasen) i en kolonn som endast är några meter i diameter och några meter i höjd med en uppehållstid för slammet på storleksordningen under en timme. Preliminära ekonomiska beräkningar på en desorptionsanläggning för ett gasflöde under 100 m3/h tyder på att processintern metananrikning ligger i storleksordningen en tredjedel av priset av konventionell teknik. Därmed finns mycket goda grunder för att fortsättningsvis arbeta vidare med detta processkoncept, som huvudsakligen är fördelaktig på mindre anläggningar.

Vid en utblick på önskvärda framtida utvecklingsinsatser framgår en test och verifiering av den framtagna dimensioneringen för att uppnå 95% metanhalt i rötkammargasen tillsammans med en metanförlust under 2% som en viktig fortsättning. I samband med detta måste även behovet av långtidstester över flera månader framhållas, där bl.a. utfällningar på kolonnväggarna och membranluftare bör beaktas. Vid rötning av fiberrikt material som gödsel och vallgröda kan viskositeten för slammet i rötkammaren vara betydligt högre och detta kan medföra att svepgasen ej helt hinner lämna slammet i kolonnen innan det pumpas tillbaka till rötkammaren. Eftersom de substrat som tillförs en rötningsprocess både kan variera i kemisk och fysikalisk sammansättning kan detta påverka bubbelkolonnens effektivitet. En vidareutveckling av simuleringsmodellen bör innefatta att komplettera den med balanser för pH och karbonat. Förståelsen av hur bikarbonat­systemet påverkas av olika parametrar utgör en central del i det kunskapsunderlag som behövs för att kunna utveckla detta processkoncept vidare. Den simulerings­modell som nu finns beskriver endast själva kolonnen, och det finns därför behov av att koppla ihop simuleringsmodellen med en modell som även beskriver själva rötningsprocessen.

Antal: Ladda ner 567 KB

Tillbaka
Tipsa en vän
  |  
Senast uppdaterad: 2010-07-08

 

JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik | Box 7033 | 750 07 Uppsala - Växel: 010-516 69 00 | Fax: 018-30 09 56 | info@jti.se