Molekyylisuodatus biokaasuteollisuudessa

Julkaistu perjantai 16. huhtikuuta 2021

Miksi biokaasun tuotannossa tarvitaan asianmukaista suodatusta?

Biokaasun tuotanto on globaalisti tärkeä teollisuus ja kolmanneksi nopeimmin kasvava uusituvan energian lähde maailmalla. Orgaanista jätettä käytetään korvaamaan kestävän kehityksen periaatteiden vastaisia fossiilisia polttoaineita energiantuotannossa.


Biokaasuprosessi on kriittinen, sillä siitä vapautuu erittäin epäpuhtaita kaasuja, jotka voivat aiheuttaa moottorin syöpymistä ja laitteiden kulumista, mikä johtaa odottamattomiin käyttökatkoihin ja korjauksiin sekä kuluihin. Biokaasu voidaan puhdistaa käyttämällä oikeanlaista ja tarkoituksenmukaista molekyylisuodatusta useilla erilaisilla suodatinmassoilla.

Mitkä ovat biokaasun tuotannon riskit?

Energiaa sisältävä biokaasu on biojätteen sivutuote. Kun orgaaninen jäte pilkotaan mätänemisprosessissa ilman ilmaa (anaerobinen), siitä syntyy metaania, joka on energiantuotannon polttoaine, ja sen rikkivetypitoisuus (H2S) voi olla suuri. H2S:n palaminen johtaa rikkidioksidipäästöihin, joilla on haitallisia ympäristövaikutuksia. Jos korkea H2S-pitoisuus lisäksi saavuttaa kaasumoottorin, jossa metaani poltetaan, moottori voi kärsiä sisäisestä syöpymisestä happaman kaasun ja korkeiden lämpötilojen yhdistelmän vuoksi. Moottorin syöpyminen aiheuttaa odottamattomia ylläpito- ja huoltokatkoja, ja se voi vähentää laitteiden käyttöikää vuosilla.

Toinen biokaasumoottoreihin kohdistuva riski ovat siloksaanit ja muut haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC). Näitä yhdisteitä käytetään laajalti kulutustuotteissa, jotka joutuvat kaatopaikoille. Näissä laitoksissa tuotettu kaasu voi sisältää siloksaaneja, joiden poistamiseen tarvitaan erityistä molekyylisuodatusmassaa. Siloksaanien palaessa ne jättävät jälkeensä kiinteän piidioksidin ja silikaattien kerrostumia. Ne aiheuttavat liikkuvien osien hankausta ja saattavat moottorin komponentit epätasapainoon, mikä johtaa tehokkuuden menetykseen ja huoltotarpeen lisääntymiseen.

Energiantuotannon tehokkuuden optimoimiseksi biokaasu syötetään moottoriin korotetussa paineessa, tyypillisesti jopa 0,5 baarilla. Sitten alkaa palamisvaihe, ja kaasun energiasta tulee käyttökelpoista. Biokaasu tai biometaani voidaan myös muuntaa puristetuksi biokaasuksi (CBG) tai nestemäiseksi biokaasuksi (LBG) ja käyttää ajoneuvojen polttoaineena.

Maakaasun käyttö ajoneuvojen polttoaineena voi vähentää hiilidioksidipäästöjä

Mikä on ihanteellinen suodatusratkaisu riskien välttämiseksi?

Molekyylisuodatus on hyväksytty menetelmä rikkivetyjen, siloksaanien ja VOC-yhdisteiden poistamiseksi biokaasusta ennen polttamista. Biokaasun epäpuhtauksiin ja laitteisiin liittyvät ongelmat voidaan ratkaista molekyylisuodatuksella. Sen avulla voidaan myös varmistaa alan tiukkojen ilmanlaatua sekä terveyttä ja turvallisuutta koskevien sääntöjen ja määräysten noudattaminen.

Molekyylisuodattimet käyttävät adsorptiona tunnettua tekniikkaa. Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että molekyylit tarttuvat materiaaleihin, joilla on erittäin suuri pinta-ala. Molekyylisuodattimissa voidaan käyttää aktiivihiiltä tai aktivoitua alumiinioksidia, ja joskus ne kyllästetään myös houkuttelemaan kohdemolekyylit.

Biokaasuautot ovat usein hiljaisempia ja tuottavat vähemmän hiukkasia sekä typpioksidi- ja rikkidioksidipäästöjä kuin bensiini- tai dieselautot.

 Molekyylisuodattimia kutsutaan joskus myös kemiallisiksi suodattimiksi tai kaasufaasisuodattimiksi.

Biokaasusovellusten molekyylisuodatus voidaan hoitaa monella eri tavalla. Aktiivihiili- tai aktivoitua alumiinioksidia sisältävät suodatusmassapedit ovat syviä (> = 100 mm) metallikehyksillä varustettuja suodattimia, jotka asennetaan kestäviin koteloihin yksi- tai moniasteisina pitoisuudesta ja virtausvaatimuksista riippuen.

Suodatusmassan UL-syttyvyysluokka on tärkeä, koska tavallinen hiili on syttyvää ja jotta suodatin sallii kohdekaasujen oikean adsorption.

Biokaasusovelluksia varten tarkoitettujen suodatusmassapetien (HDB) suunnittelussa ja valmistamisessa on otettava huomioon järjestelmän paine. Biokaasun suodatusmassapetien suodattimet on valmistettava raskaammasta materiaalista, ja niissä on oltava lieriömäinen kuori ja viistetty pää. On myös tärkeää, että laipoitetut imu- ja lähtöliitokset sekä istukat ovat tunnustetun standardin mukaisia.

Biokaasun tuotantolaitoksilla oikea molekyylisuodatusratkaisu voi taata vakaan toiminnan, paremman tuottavuuden sekä sääntöjen ja määräysten noudattamisen.

Lähteet: 

  • Euroopan biokaasuyhdistys
  • Tanskan teknillinen instituutti 

Kirjoittaja

Karl-Henrik Björkhem, Pohjois-Euroopan liiketoiminnan kehityspäällikkö, molekyyliepäpuhtauksien hallinta, Camfil.
Karl-Henrikillä on yli 10 vuoden kokemus uusiutuvasta energiasta ja ympäristöalasta. Hän on keskittynyt ilman eristämiseen ja suodattamiseen ja omaa arvokkaita näkemyksiä korroosion torjunnasta, sisäilman laadusta, molekyyliepäpuhtauksista ja hajujen hallinnasta.

Camfil Oy
Ruukinmestarintie 11
02330 ESPOO
info.finland(at)camfil.com
etsi yhteyshenkilö