Quy trình và phương pháp lọc khí biogas trước khi sử dụng cho máy phát điện

Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy của các chất hữu cơ trong hầm biogas là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học trong đó thành phần chủ yếu là khí metan (CH4) chiếm khoảng 60-70%, Cacbon dioxit (CO2) 30-40%, hydro sunfua (H2S), hơi nước và các loại khí khác có tỉ lệ không đáng kể.

Metan (CH4) là thành phần chủ yếu của khí sinh học. Khi đốt cháy metan có ngọn lửa màu xanh lơ nhạt và phản ứng cháy này sinh nhiệt lớn. Do đó, khí Metan có thể dùng để làm nhiên liệu chạy động cơ đốt trong để sinh công, kéo máy phát điện.

Nhưng do có sự hiện diện của CO2 và H2S nên việc sử dụng khí biogas để chạy động cơ đốt trong sẽ gặp khó khăn. CO2 làm giảm nhiệt trị, dẫn đến khả năng sinh công giảm. H2S cháy ở nhiệt độ cao sẽ sinh ra khí SO3, khí này hóa vào hơi nước có trong khí biogas sẽ sinh ra axit sunfuric H2SO4 có tính axit rất mạnh, oxi hóa buồng đốt của động cơ. Làm cho động cơ rất mau hư hỏng.

Do vậy, để sử dụng khí biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, việc phải lọc khí biogas là rất quan trọng.

Có 4 thứ cần phải loại bỏ khỏi hỗn hợp khí biogas: H2S, CO2, hơi nước và bụi.

Hiện có rất nhiều công nghệ, phương pháp để lọc khí biogas. Dưới đây tôi xin chia sẻ công nghệ mà chúng tôi đang áp dụng

Hình ảnh mô phỏng một bộ lọc khí biogas tiêu chuẩn:

Một bộ lọc khí đủ tiêu chuẩn cần có: tháp khử H2S, tháp tách bụi và CO2, tháp tách nước, máy thổi khí.

1. Máy thổi khí.

Đặt ở vị trí đầu của bộ lọc

Dùng để hút khí biogas từ hầm biogas vào bộ lọc

Tạo áp suất hoạt động ổn định cho bộ lọc

Có thể sử dụng máy thổi khí con sò hoặc máy thổi khí dạng roots. Cần tính toán để lựa chọn máy thổi khí có lưu lượng và áp suất làm việc phù hợp với bộ lọc.

2. Tháp khử H2S

Các hóa chất thường được sử dụng để khử H2S là: Fe2O3, than hoạt tính, xút… Nhưng phổ biến nhất là Fe2O3, do dễ sử dụng và rẻ tiền, hiệu quả cao.

Sử dụng vật liệu để hấp thụ H2S là Fe2O3 (sắt 3 oxit) dạng viên nén hình trụ, chiều dài từ 2-3cm, đường kính viên từ 0.5-0.6cm. Có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn nên tốc độ hấp thụ H2S diễn ra nhanh.

Mỗi kg Fe2O3 có thể hấp thụ được H2S trong 200 m3 khí biogas, tương đương có thể tạo ra 200kW điện (con số gần đúng đê tham khảo)

Sau khi sử dụng có thể hoàn nguyên về dạng ban đầu bằng cách để ở nhiệt độ phòng. Nhung chất lượng sẽ bị giảm xuống. Có thể cân nhắc để thay thế. Giá bán mỗi kg Fe2O3 trên thị trường vào khoảng 35.000 – 40.000/1kg

Hình ảnh viên Fe2O3:

3. Tháp đệm loại bỏ CO2 và bụi

Dòng khí ra khỏi tháp khử H2S sẽ được đưa vào tháp đệm

Sử dụng tháp đệm (cột chêm) để loại bỏ CO2 và bụi.

Tôi xin được mô tả sơ về nguyên lý của tháp đệm: là một tháp (có nghĩa là 1 khoang, có thể là thùng phi, bồn inox, bồn nhựa, bồn composit…) thường có dạng hình trụ, bên trong đặt đầy vật chêm (hiểu đơn giản là những hạt để tăng diện tích tiếp xúc). Dòng nước sẽ được phun từ trên xuống, dòng khí đi ngược từ dưới lên. Dòng khí và dòng nước sẽ tiếp xúc với nhau, bụi và CO2 sẽ bị hòa tan vào trong nước. Dòng khí khi lên đỉnh tháp là dòng khí không còn CO2 và bụi nữa.

4. Tháp tách nước

Do dùng nước để tách CO2 và bụi nên sau khi ra khỏi tháp đệm, dòng khí sẽ có rất nhiều hơi nước, nên cần phải tách nước.

Tháp tách nước được hoạt động dựa trên hai nguyên lý cơ bản như theo chuyển động xoáy của dòng áp suất khí trong bẫy ngưng và dựa vào các phần tử lọc xốp làm bằng các vật liệu như: vải dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thêu kết hay là vật liệu tổng hợp.

Ngoài ra, phổ biến hơn là sử dụng máy nén lạnh để ngưng tụ hơi nước

Một số hình ảnh bộ lọc khí biogas cho máy phát điện biogas công suất lớn lắp đặt thực tế: