Status for
opgraderingsteknologier
Tobias Persson
2013-05-13
www.sgc.se
Vad innebär uppgradering av biogas
• Öka energiinnehållet
• Ta bort föroreningar
• Ta bort vatten
Uppgradering
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Befintliga uppgraderingsanläggningar
Source: IEA Bioenergy Task 37
www.sgc.se
Befintliga uppgraderingsanläggningar
Source: IEA Bioenergy Task 37
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Hur fungerar en vattenskrubber?
www.sgc.se
Absorptionskolonnen
Henry´s lag
CA (M) = KH (M/atm)* pA (atm)
KH 26 ggr större för CO2 än för CH4
5°C lägre temp →
Vattenflöde
ca 15% lägre
av CO2
Vattenflöde = mängd CO2 /löslighet
vattenflöde
% CO2 * biogasflöde (Nm3/h)
% CO2 * absoluta trycket * KH
Samma vattenflöde oberoende av
% CO2 i den råa biogasen
www.sgc.se
Flashkolonnen
• 4-5% av metanen finns i vattenfasen efter
absorptionskolonnen
• Trycksänkning i flashen minskar detta till 1%
• Ca 20-30% av rågasflödet cirkuleras tillbaka till
kompressorn via flashen
Desorptionskolonnen
• Tryck sänks till atmosfärstryck
• Luft blåses in för att minimera partailtryck
www.sgc.se
Går det att nå 98% metan?
2% extra energi för köra anläggningen vid 1,5% CO2 istället för 2,5%
Minimal mängd luft i rågasen är avgörande!
www.sgc.se
Viktiga egenskaper
• Servicekostnad – 2-3% av investering
• El/energi – kompressor, vattenpump kylmaskin
0,20-0,30 kWh/Nm3 rågas (tryck, storlek, ute-temp)
• H2S - separeras i skrubbern (<300-2500 ppm)
• Tillgänglighet - ca 95-97%
• Mogen teknik (kan bero på leverantör)
• Metanslip ca 1%, kräver RTO i vissa länder
(1,5 – 2,5 MSEK extra investering)
• Problem med bakterietillväxt bekämpas med klor
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Organisk fysisk skrubber
(t.ex. Genosorb)
Desorption column
Absorption column
Upgraded biomethane
Cooler
Heater
Off-gas
Gas conditioning
Raw biogas
Compressor
Condensate
www.sgc.se
Stripper gas
Flash column
Genosorb- vs. vattenskrubber
• Genosorb® har 5 ggr högre löslighet av CO2
• Olika temp adsorption-desorption (20/40 °C)
• Värme från RTO och kompressorer används
internt (mindre möjlig värmeåtervinning)
• Högre metanslip i genosorbskrubber (1,5% vs. 1,0%)
• Ingen bakteriell tillväxt i genosorbskrubber
• Genosorb garanterar något högre tillgänglighet
• H2S separeras före genosrobskrubbern
• Något lägre elförbrukning
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Hur fungerar en aminskrubber?
Carbon dioxide
9
10
Upgraded
biomethane
6
3
11
8
2
16
E-3
1
7
17
Raw biogas
15
14
4
12
5
13
Absorber
Stripper
www.sgc.se
Absorptionskolonnen
Kemisk reaktion
PZ + MDEA + CO2 ↔ PZH+ + MDEAH+ + HCO3- + värme
(PZ=piperazin, MDEA=metyldietanolamin )
Blandning av aminsystem för minimal
energiförbrukning och maximal
absorptionskapacitet
www.sgc.se
Desorptionskolonnen
• Värme tillsätts för att producera vattenånga
• Vattenångan reducerar partialtrycket och avger
reaktionsvärme, driver reaktion baklänges
• Normal temp 120-140°C (1,5-3 bar(a))
• Vakuumalternativ finns (90°C +0,05 kWhel/Nm3)
Kan använda fjärrvärme!
www.sgc.se
Viktiga egenskaper
• Servicekostnad – 2-3% av investering
• El/energi – 0,12-0,14 kWh/Nm3 rågas + 0,55
kWh/Nm3 värme (beror på CH4 i rågas)
• H2S – spareras externt, kan separeras i skrubbern
men kräver mer värme (ca 10% extra)
• Tillgänglighet - ca 96%
• Mogen teknik (kan bero på leverantör)
• Metanslip ca 0,1%
• Kan leverera 98% metan
• Krav på låg syrehalt i rågasen (förbrukar aminen)
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Hur fungerar en PSA-anläggning?
2-10 min
www.sgc.se
Viktiga egenskaper
• Servicekostnad – 2-3% av investering
• Garanterad tillgänglighet 96-98%
• El – 0,20-0,30 kWh/Nm3 (0,18 kWh/Nm3 LPSA 2-3 bar(g))
(beror på tryck och CH4 i rågas)
• H2S – separeras externt
• Mogen teknik (kan bero på leverantör)
• Metanslip ca 1,5%
• Kan leverera 98% metan enligt tillverkaren
• Delvis separation av syre och kväve är möjligt
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Hur fungerar en membrananläggning?
Relative permeation rate
H2
www.sgc.se
Hur ser membranen ut?
Evonik Industries
www.sgc.se
Air Liquide
Designalternativ
www.sgc.se
Viktiga egenskaper
• El/energi – 0,20-0,30 kWh/Nm3
(beror på tryck och design)
• H2S – spareras externt,
• Mogen/ny teknik (beror på design och leverantör)
• Metanslip ca 0,5-2%
• Kan leverera 98% metan enligt tillverkaren
• Servicekostnad 3-4% av investeringskostnad inkl.
membranbyte
• Delvis separation av syre
www.sgc.se
Agenda
1. Existerande uppgraderingsanläggningar globalt
2. Hur fungerar en vattenskrubber?
3. Hur fungerar en genosorbskrubber?
4. Hur fungerar en aminskrubber?
5. Hur fungerar en PSA anläggning?
6. Hur fungerar en membrananläggning?
7. Jämförelse mellan de olika teknikerna
www.sgc.se
Investeringskostnad
www.sgc.se
Energiförbrukning
Energiförbrukning [kWh/Nm3]
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Vattenskrubber
www.sgc.se
Aminskrubber
PSA
Membran
Genosorb
Energi i den uppgraderade biogasen
www.sgc.se
Metanförlust
Teknik
Vattenskrubber
Genosorbskrubber
Aminskrubber
Membran
PSA
www.sgc.se
Metanförlust
1,0%
1,5%
0,1%
0,5-2,0%
1,5-2,0%
Metanutsläpp från
uppgraderingsanläggningen 2010-2012
Röd = resultat från omgång 1 (2007-2009)
Kemisk adsorption (1), End-of-pipe (2), PSA (3) och vattenskrubber (4).
www.sgc.se
Källa: U2012:15 Sammanställning av mätningar inom
frivilligt åtagande 2007-2012
Koldioxidkvalitet
Teknik
Vattenskrubber
Genosorbskrubber
Aminskrubber
Membran
PSA
www.sgc.se
Metanförlust
Med luft
Med luft
Ren (ev. CH4, H2S)
Ren (ev. CH4)
Ren (ev. CH4, H2S)
Tack!
www.sgc.se
Tack för er uppmärksamhet!
All information från SGC-rapport 270
Gratis nerladdning från www.sgc.se
www.sgc.se