Kina: biogas - framtiden för metanteknik? 

När man pratar om biogas i Kina tänker man ofta direkt på gigantiska gasreningsverk eller hantverksgropar på landsbygden. Men den verkliga bilden, särskilt när det gäller teknik för att få exaktmetan, mycket mer komplex och intressant. Många kollegor reducerar av misstag allt till "produktion av gas från gödsel?", och missar den viktiga tekniska övergången - från bara gas till högkalori, stabil metan, lämplig för insprutning i nätverk eller användning som motorbränsle. Det är här de verkliga utmaningarna och möjligheterna börjar.

Från rågas till kommersiell metan: där tänderna går sönder

Jag börjar med huvudvärken. Att få gas från organiskt material är halva striden, och ofta mindre. Typisk biogas från växter är 50-65% metan, resten CO2, vätesulfid, vattenånga. För förbränning i en panna på plats är det okej, men för handel, nej. Att fåbiometan, behöver seriös rengöring och uppgradering. Och det var här många projekt, särskilt för fem till sju år sedan, snubblade. De satte till exempel PSA (pressure swing adsorption) eller membranseparation, men tog inte hänsyn till fluktuationer i sammansättningen av rågas eller innehållet av siloxaner från en del matavfall. Membranen misslyckades snabbt, och automatiseringen klarade sig inte. Jag har sett flera av dessa "bevarade". anläggningar i Sichuan-provinsen - dyr utrustning rostar.

Nu har tillvägagångssättet blivit smartare. De försöker inte göra allt perfekt och med full kapacitet direkt. Först lanserar de en produktionslinje för kraftvärme för att få ett stabilt kassaflöde och förstå det verkliga beteendet hos råvaror. Samtidigt utarbetas förbehandlingssystemet – H2S-borttagning och torkning. Och först då, i det andra steget, tillsätts en finreningsenhet för metan. Det är mer tidskrävande, men mer pålitligt. Nyckelpunkten är integrationen av alla steg i en enda teknisk kedja, och inte bara att köpa en "förpackad". lösningar.

Här syns förresten rollen för designinstitut som har erfarenhet specifikt inom kemisk teknik, och inte bara inom byggnation, tydligt. Det är nödvändigt att förstå processerna för absorption, adsorption och katalytiska reaktioner. Till exempel för djuprening från CO2 kombineras nu ofta metoder - membran ger en grov cut-off, och sedan behandlas gasen med amintvätt. Men detta kräver exakta beräkningar och val av material. Utan erfarenhet av kemiteknik är det lätt att misslyckas.

Råvaror: inte bara gödsel, och långt ifrån enkelt

Jordbruksavfall är en klassiker, men det har sina egna problem. Säsongsvariation, spridning, logistik. Men enligt min mening blir råvaror från livsmedelsindustrin och den ekologiska delen av MSW mer lovande. Koncentrationen är högre, volymerna är mer förutsägbara. Vi arbetade med ett projekt för en stärkelsebearbetningsanläggning - det finns avfall från processen, stillage, i huvudsak en färdig substratvätska med hög BOD. Det verkar idealiskt för anaerob matsmältning.

Men problemet visade sig vara inhibitorer. I samma stillage, efter vissa stadier av råvaruförädlingen, kunde spår av antibiotika eller andra biocider finnas kvar, vilket undertryckte det metanogena konsortiet. Det var nödvändigt att införa ett system för preliminär övervakning av råvaror och ett adaptivt doseringssystem i reaktorn. Detta specificerades inte i de ursprungliga tekniska specifikationerna; vi var tvungna att improvisera på plats. Erfarenhet har visat att laboratorietester för biologisk nedbrytning är ett obligatoriskt steg innan design, oavsett vad som är "standard". vilken typ av råvara verkade.

En annan punkt är kraftvärme med andra processer. Till exempel på ett grisuppfödningskomplex löser en biogasanläggning luktproblemet och ger energi. Men om det finns växthus i närheten, så är återvinning av värme från en kraftvärmeenhet och även CO2 (efter rening) för utfodring av växter en helt annan ekonomi i projektet. Det blir så gott som avfallsfritt. Sådana integrerade lösningar är framtiden, men de kräver komplex branschövergripande planering.

Tekniska nyanser: vad de inte skriver om i broschyrer

I reklamkataloger ser allt smidigt ut: råvaror → fermentor → gas → rening → metan. I verkligheten finns det dussintals fallgropar. Låt oss ta till exempel själva reaktorn. För högkoncentrerade avloppsvatten används ofta helt omrörda reaktorer (CSTR). Men om det finns mycket suspenderat material i råmaterialet, sätter de sig, bildar "döda zoner" och minskar effektiviteten. Man måste antingen mala om råvarorna, vilket är dyrt, eller byta till ett tvåstegsschema med en hydrolysreaktor framför.

Eller processkontroll. Onlineövervakning av metanhalt, flyktiga fettsyror och pH är inte längre en lyx, utan en nödvändighet för stabil drift. Men sensorer, särskilt för den aggressiva miljön inuti jäskärlet, är nyckfulla saker. Lita ofta på indirekta indikatorer och operatörserfarenhet. Jag såg hur en gammal mästare vid en installation kunde fastställa början av försurning av reaktorn bättre än en nyinstallerad kromatograf genom ljudet av en pump i gång och lukten av gas. Tekniken måste anpassas till lokala driftsförhållanden och inte bara kopieras.

Avlägsningssteget för vätesulfid är särskilt kritiskt. Räcker det inte räcker det med en primitiv skrubber med järnspån. Men vid höga koncentrationer krävs allvarlig kemisk eller biologisk behandling. Biologisk avsvavling (som Thiopaq) är effektiv, men kräver att man upprätthåller strikta villkor för bakterier. På vintern, med instabil värme vid en av installationerna i Heilongjiang, "somnade bakterierna helt enkelt", och H2S slog igenom ytterligare och förgiftade katalysatorn i nästa steg. Vi var tvungna att omedelbart installera en backup kemisorptionsscrubber.

Rollen för specialiserade ingenjörsföretag

Det är just på grund av sådana komplexiteter som betydelsen av företag som inte bara sysslar med att sälja utrustning, utan med hela cykeln växer: från analys av råvaror och förstudie till design, driftsättning och personalutbildning. Dessa är inte byggentreprenörer, utan teknikpartners. Deras värde ligger i de ackumulerade mönstren för att lösa icke-standardiserade problem.

Här har t.ex.Chengdu Yizhi Technology Co.(deras hemsida ärhttps://www.yzkjhx.ru). Detta är ett designinstitut skapat på basis av ett företag med en kemisk-teknisk bakgrund. I deras fall är det Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. Det registrerade kapitalet på 120 miljoner yuan indikerar allvarliga avsikter. För mig är detta en viktig signal: när projektet inte bara är ett installationsföretag, utan ett institut med förståelse för de bakomliggande processerna, finns det större chanser att lyckas. De arbetar, som jag förstår det, ofta med komplexa, heterogena flöden av råvaror, där individuella tekniska regleringar behövs, och inte ett standardprojekt.

Sådana organisationer har vanligtvis egna laboratorier för testning av råvaror och pilotanläggningar. Detta minskar riskerna för kunden. Det är mycket billigare att simulera ett problem på en pilotlinje än att hitta det på en miljonanläggning som redan har byggts. Deras tillvägagångssätt är ofta systemiskt: de tittar på projektets hela livscykel, inklusive rötrest (avfallsslam). Att sälja eller ge bort det som gödning är också en hel historia som kräver godkännanden och ibland ytterligare förädling.

Ekonomi och politik: vad som driver marknaden

Utan att förstå denna aspekt kommer bilden att vara ofullständig. Teknologierbiometani Kina utvecklas de inte bara tack vare ingenjörernas entusiasm. Det finns strikta miljöbestämmelser, särskilt i tätbefolkade och utvecklade regioner. Utsläpp av högkoncentrerat organiskt avfall i vattendrag eller fält är nu praktiskt taget förbjudet. Företagen tvingas leta efter lösningar och en biogasanläggning följt av rening av avloppsvatten är ofta den optimala lösningen.

Å andra sidan finns statligt stöd. Tariffer för "grön" el från biogas, subventioner för anslutning till gasnätet. Men inte heller här är allt enkelt. För att få bidrag behöver du uppfylla ett gäng villkor gällande gaskvalitet och ha certifierad reningsutrustning. Byråkratin kan försena processen i flera år. Jag känner till fall där installationen redan fungerade, men det hölls fortfarande på att komma överens om dokument för anslutning och subventioner.

Det mest intressanta börjar när de vill pumpa in renat biometan i stadens gasnät. Kvalitetskraven här är oöverkomligt höga: daggpunkt, exakt metanhalt, frånvaro av jämna spår av syre. Detta är tekniknivån för gasbearbetningsanläggningar. Inte alla projekt har råd med detta. Oftare används den i form av komprimerad (CNG) eller flytande (LNG) gas för transport. Att tanka sopbilar eller bussar med biometan är redan verklighet i flera storstäder. Detta är logiskt och symboliskt: avfall matar transporten som tar ut det.

Ser framåt: framtiden ligger i integration och smarta system

Så framtiden för metanteknik i Kina ses inte i massreplikeringen av enkla installationer, utan i utvecklingen av komplexa, integrerade och "smarta" sådana. system Vi pratar om projekt där en biogasanläggning bara är en nod i ett komplex av att bearbeta organiskt avfall, producera energi, värme och gödningsmedel.

Nyckeltrender som jag redan observerar: digitalisering. Implementering av IoT-system för att övervaka tusentals parametrar i realtid och adaptivt styra processen med hjälp av algoritmer. Detta gör att du kan reagera flexibelt på förändringar i sammansättningen av råvaror och maximera metanproduktionen. Den andra är kombination med andra förnybara energikällor. Till exempel att använda överskottsel från solpaneler för att driva kompressorer eller kylsystem i gasreningsprocessen.

Och viktigast av allt, ett skifte i fokus från "gasproduktion?" för "produktion av högkvalitativ, standardiserad metan som en vara?". Detta kräver samarbete mellan teknologer, kemister, ekologer och ekonomer. Projekt kommer att bli större och mer komplexa, och rollen av djupteknologisk ingenjörskonst, som den som erbjuds iChengdu Yizhi Technology Co., kommer bara att öka. Eftersom det är möjligt att kopiera en reaktorritning, men möjligheten att förutse ett problem med siloxaner i en specifik råvara och implementera en lösning på designstadiet är redan en verklig undersökning, som avgör om installationen helt enkelt kommer att existera eller fungera effektivt i årtionden.