Techniky odsíření bioplynu

Bioplyn je směsný plyn obsahující rovněž složky negativně ovlivňující fermentační proces a technologii bioplynové stanice. Nejčastěji se provozovatelé potýkají s negativními dopady volného sirovodíku, této problematice je potřeba věnovat náležitou pozornost pro zamezení poklesu výroby a škodám na technologii BPS.

Rozkladem vstupních substrátů na BPS dochází k uvolňování síry ve formě sirovodíku do fermentátu, který následně přechází do bioplynu. Sirovodík je nežádoucí a riziková složka bioplynu. Riziko představuje jak pro technologické části BPS, tak pro funkci biologie.

Na technologických částech kogenerační jednotky a plynové řady tvoří síra v různých formách nežádoucí usazeniny, snižuje průchodnost spalinových výměníků, zrychluje degradaci motorového oleje. Síra působí jako korozivní činitel, roste opotřebení pohyblivých částí motoru a vlivem koroze dochází k výskytu příměsí v motorovém oleji zkracujících intervaly jeho výměn. V podstatě lze říci, že sirovodík v bioplynu snižuje životnost všech technologických částí, kudy proudí bioplyn a jeho spaliny.

Negativní vliv volné síry na fermentační proces je charakterizován vznikem sulfidových sloučenin obsahujících síru. Ve vazbách sulfidů jsou vázány stopové prvky, nezbytné pro správnou funkci biologie. Při vysokém obsahu sirovodíku v bioplynu se tedy snižuje využitelnost prvků a je narušena správná funkce biologie fermentačního procesu, dochází ke snížení kvality a množství produkovaného bioplynu. Sulfát redukující bakterie představují konkurenci pro metan produkující archaea, při nárůstu jejich populace dochází ke snížení počtu metanogenních archaea, dochází ke snížení obsahu metanu a nárůstu obsahu sirovodíku v bioplynu.

Monitoring a kontrola

Z výše uvedeného vyplývá silně negativní vliv síry a jejich sloučenin při provozu BPS. Obsah síry zejména sirovodíku je potřeba pravidelně, nejlépe kontinuálně sledovat a zaznamenávat. Dochází k případům, kdy při poruše technologie není plněna záruka servisních firem či pojistného plnění pojišťoven v případě, že provozovatel není schopen doložit požadovanou kvalitu bioplynu. K tomu je potřeba doložit pravidelné kalibrace měřicího zařízení a záznam dat v digitální či psané formě. Informovaností provozovatele o kvalitě bioplynu a včasném zásahu lze předejít výše uvedených škodám. Je potřeba si uvědomit případnou výši škody, nejsou ojedinělé škody na technologii ve výši stovek tisíc či miliónů korun. Významný může být rovněž pokles produkce bioplynu a výroby BPS.

Zkušená obsluha BPS dokáže na základě změn výše uvedených parametrů identifikovat stav a trendy vývoje fermentačního procesu dříve, než dojde k poklesu produkce bioplynu a snížení výroby KJ.

Zároveň při informaci o obsahu sirovodíku v bioplynu lze bezprostředně reagovat aplikací přípravků pro jeho odstranění.

Chemické odsíření

Aplikace solí železa

Aplikují se soli železa do fermentoru BPS. Zdroje železa jsou tekuté (chlorid železitý), sypké (hydroxid, oxid železitý).

Tekutá forma chloridu železitého má rychlý nástup odsiřovacího účinku, nevýhodou jsou korozivní vlastnosti chloridu, ohrožení ŽP a zdraví při manipulaci, specifické podmínky pro skladování a přepravu.

Při vysokých dávkách chloridu může být limitující riziko porušení iontové rovnáváhy fermentačního procesu. Pevné, práškové formy oxidu a hydroxidu železitého nejsou rizikové z pohledu ohrožení ŽP a zdraví pracovníků. Prodávají se v uzavřených obalech, dávkují se po celých baleních. Při jejich aplikaci je potřeba počítat s vyšší setrvačností odsiřovacího účinku ve srovnání s chloridem, což je vhodné kompenzovat vyšší počáteční dávkou přípravků

Rozdíly v pevných formách železa

Rychlejšího odsiřovacího účineku je dosaženo u hydroxidových forem jejich vyšší reaktivity, naproti tomu oxidové vazby jsou stálejší s delším nástupem odsiřovacího účinku. Zde je limitující doba zdržení v primárním fermentačním stupni BPS, v němž je produkováno převažující množství bioplynu, sirovodíku.

BPS provozované v ČR mají ve většině případů krátkou dobu zdržení. V podmínkách ČR nenacházejí oxidové formy s ohledem na vysoké zatížení fermentorů a krátkou dobou zdržení široké uplatnění. Na trhu dostupné přípravky se odlišují poměry v obsazích hydroxidové a oxidové formy železa. Přípravky s vysokým obsahem oxidové formy mají přes vyšší procentuální obsah železa vyšší dávku pro dosažení požadovaného stupně odsíření ve srovnání s přípravky hydroxidové formy.

Naopak u hydroxidových forem nižší dávka kompenzuje vyšší cenu přípravku, výsledná ekonomika je ve prospěch hydroxidu. Dalším faktorem ovlivňujícím odsiřovací účinek přípravku je amorfní či krystalická struktura obsaženého železa. Naše společnost MIKROP ČEBÍN má dlouhodobě v nabídce čistý hydroxid železitý v přípravku GASTIM-S+. Přípravek GASTIM-S+ je funkční nezávisle na procesních podmínkách, jako jsou doba zdržení, teplota či obsah sušiny fermentátu.

Použití aktivního uhlí

Použití aktivního uhlí je finální stupeň odsíření bioplynu. S ohledem na jeho nákladovost má vždy následovat po biologickém a chemickém odsíření pomocí železa, jež jsou levnější. Touto formou lze docílit minimálního obsahu sirovodíku v rozmezí jednotek ppm. Použití aktivního uhlí je kombinováno s vysušením bioplynu pro dosažení požadované stupně odsíření. Benefitem je minimalizace korozivních účinků odloučením vlhkosti z bioplynu. Aktivní uhlí nachází uplatnění na biometanových stanicích s vyššími požadavky na čistotu surového bioplynu před jeho zpracováním membránovou separací. Na biometanových stanicích jsou kombinovaně využívány všechny formy odsíření pro co nejnižší obsah nežádoucích složek v bioplynu a dlouhou životnost technologie úpravy bioplynu na biometan.Regulací obsahů nežádoucího sirovodíku v bioplynu lze předejít zvýšeným provozním nákladům a snížení výroby BPS. Je vhodné kombinovat dostupné techniky odsíření s tím, že volbu vhodných přípravků ovlivňují procesní a technická specifika BPS. Reference a přesná specifika přípravků jsou užitečnými nástroji při nákupu, před zjednodušenými marketingovými údaji prodejců.