Formation of Biogas and Purification Methods of Biogas
Yüklə 162,21 Kb. Pdf görüntüsü
|
| 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey 150
Formation of Biogas and Purification Methods of Biogas Abstract —
organic-based residues and is colorless and odorless, lighter than air, a flame burning with bright blue. It is a gas mixture that contains 40-70% methane, 30-60% carbon dioxide, hydrogen sulfide 0-3%, in very small amounts of nitrogen and hydrogen, depending on the composition of organic matter. Derived in an oxygen free environment biogas must be purified for use as a fuel. Pure methane is extracted from biogas with highly advanced technical processes. Pure methane, the fuel suitable for use in all conditions is economic and safe and can be used as a fuel in all areas where natural is used at the same way. In this study, we investigated methods of purification of biogas from anaerobic environment. From it CO 2 , H 2 O, H 2 S and particles removed biogas, increases to natural gas quality. Large capacity plants produced biogas after purification can be directly supply to the natural gas grid, and can be used in electricity generation. Keywords —
sulfur, methane gas 1. GİRİŞ
Bütün ölü bitki ve hayvansal maddeler bakteri adı verilen organizmalar tarafından bozunmaya uğrar. Aerobik bakteri adı verilen bazı bakteriler bozunmayı havalı ortamda ve anaerobik bakteri adı verilen diğer bakteriler de bozunmayı havasız ortamda gerçekleştirirler. Bataklıkların dibindeki ölü bitkisel ve hayvansal maddeler anaerobik bir ayrışmaya uğrarlar ve sonundabu bataklıkların yüzeyinde gaz kabarcıkları çıkmaya başlar. Bu kabarcıklar metan (CH 4 ), karbondioksit (CO 2 ) ve
hidrojen (H 2 ) gazlarıdır. Anaerobik aryrıştırma asit bakterileri ve metan
bakterileri başta
olmak üzere
değişik mikroorganizma gruplarının rol aldığı karmaşık bir biyokimyasal süreçtir. Asi t bakterileri bütirik ve propiyonik asit üretenlerle asetik asit üretenler gruplara ayrılmaktdır. Metan bakterileri de asetik asit ve hidrojen kullanan bakteriler diye iki gruba ayrılırlar. Organik atıkların anaerobik ayrışması, mikroorganizmalar tarafından üretilen hücre dışı enzimlerin organik bileşikleri basit çözülebilir bileşiklere ayrıştırdığı hidroliz basamağı ile başlar. Diğer bir basamak, asit oluşturan bakterilerin basit organik bileşikleri uçucu asitlere dönüştürdüğü asit üretim basamağı şeklinde tanımlanır. Son olarak da asetik asit kullanan metan bakterilerinin asetik asiti parçalayarak, hidrojen kullanan metan bakterilerinin hidrojen ve karbondioksiti kullanarak metan üretirler. Biyogazın enerji seviyesinin yükseltilmesi, taşınabilir hale getirilmesi ve taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmesi için içinde enerji seyreltici olan, basınç altında depolama güçlüğü oluşturan ve nakil sistemlerinde korozyona neden olan maddelerden arındırılması gerekmektedir. Biyogazın depolama, kullanım ve taşınmasında problemler oluşturan ana bileşenler H 2 S, H
2 O,
CO 2 ve halojenlenmiş bileşiklerdir. Bu bileşikler düşük konsantrasyona sahip olsalar bile, bir kısmı insan sağlığı ve çevre için olumsuz etkiler oluşturdukları için kullanım öncesi giderilmeleri gerekir. Biyogaz içinde az miktarlarda da olsa yağ ve katı partiküller bulunmaktadır. Uygun bir filtrenin kullanılması ile bu partiküller biyogazdan uzaklaştırılabilir. Ham biyogaz, genel olarak %40–70 CH 4 , %30–60 CO 2 ve
H 2 S, N 2 , H
2 , CO gibi diğer gazlardan oluşur[1]. Eğer besleme materyalinin tamamı hayvansal ve bitkisel yağlardan oluşmuyorsa, üretilen biyogazın CH 4 içeriğinin %70‘in üzerinde olması teorik olarak mümkün değildir. Bu değerin üzerinde metan gazı elde edilen sistemler, fermente malzemesinin CO 2 ‘yi absorblamasıyla oluşmaktadır [2]. Gerekli durumlarda istenmeyen gazların biyogaz içerisinden uzaklaştırılması ve CH 4 oranının artırılması için çeşitli arıtma yöntemleri kullanılır. Biyogazın arıtılması ile ısıl değeri artırılır, korozyon etkisi azalır, insan sağlığı korunur ve çevre kirliliği azaltılır [3]. Ham biyogazın arıtılması yerine, fermentasyon sırasında biyolojik yöntemlerin kullanılmasıyla, üretilen biyogazın içerisindeki CH 4 yüzdesi artmaktadır. Yani fizikokimyasal yöntemlerdeki istenmeyen bileşiklerin giderilmesi yerine, bu bileşiklerin oluşması engellenmektedir. Biyogazın arıtımında CO 2
2 S ve H
2 O gibi bileşiklerin uzaklaştırılması sağlanır[4]. Biyogazın ısıl değeri, bileşimindeki biyometan adı verilen yanıcı metan gazından ileri gelmektedir. Bileşimindeki metan oranına göre ısıl değeri 17-25 MJ/m 3 arasında değişir. 1 m 3
biyogazın enerji değeri 20 MJ, yanma verimi %60 ve kullanılabilir enerji miktarı 11.8 MJ olarak bilinmektedir [5]. Biyogazın arıtılmasıyla sıkıştırılmış biyometan, sıvı
hidrokarbonlar, metanol, hidrojen ve sıvılaştırılmış biyometan elde edilmektedir.
2. BİYOGAZDAKİ CO 2 GAZININ AYRIŞTIRILMASI Biyogazın içindeki karbondioksitin giderilmesi veya temizlenmesi, biyogazın zenginleştirilmesi anlamına gelmektedir. Biyogaz içindeki CO 2 miktarı metandan sonra biyogazın en yüksek bileşenini oluşturur. Bu nedenle CO 2
biyogazın enerji seviyesini düşürür ve enerji seyreltici olarak adlandırılır. Biyogazın doğal gaz veya otomobil yakıtı olarak kullanılabilmesi için içindeki CO 2 miktarının belli bir Biyogazın Oluşumu ve Biyogazı Saflaştirma Yöntemleri C. İlkılıç 1 and H. Deviren 2 1 University of Firat, Elazig/Turkey, cilkilic@firar.edu.tr 2 University of Firat, Elazig/Turkey, hdeviren@gmail.com Biyogazın Oluşumu ve Biyogazı Saflaştirma Yöntemleri 151
seviyenin altına düşürülmesi gerekmektedir. Biyogazın CO 2
içeriği, su buharıyla birlikte zayıf asit oluşturur ve korozyona neden olur. Ayrıca sıkıştırma sırasında kompresör içinde kuru buz oluşumuna neden olur [6]. Biyogaz reaktörlerinde CO 2
miktarı, kullanılan materyale, bekletme süresine, pH ve sıcaklık seviyesine, reaktör çalışma basıncına, reaktör geometrisine ve tipine bağlı olarak değişmektedir[7]. Biyogaz içerisindeki CO 2 gazının giderilmesinde genellikle dört metot kullanılmaktadır;
Su ile temizleme,
Polietilen glikol ile absorblama,
Karbon moleküler elek kullanma,
Membranla ayırma.
Biyogaz içindeki CO 2 , H
2 S ve NH
3 bu gazlar basınçlı su içine fiziksel absorpsiyonla giderilebilirler. Bu esnada bir miktar metan da su içinde çözünür, fakat metanın su içindeki çözünürlüğü düşük olduğundan kayıp az olur. Tablo 3.4‘te bazı gazların sudaki çözünürlükleri verilmiştir. Tablo 3.4: Bazı gazların 20 o C ve 1 atm basınçta sudaki çözünürlüğü [8]. Gaz Sudaki Çözünürlüğü (cm 3 /kgsu) Kaynama S. ( o C) Erime S. ( o C) Kritik S. ( o C) Kritik Basınç (bar) CH 4 3,3 -161,5 -182,5 -82,1 46,4 CO 2 85,1 -78 -57 31 73,8 N 2 1,5 -196 -210 -146,9 34 O 2 3,0 -183 -219 -118,6 50,4 H 2 S 25,0 100 0 374 221 H 2 1,8 -62 -83 100,4 90,1
Basınçlı su içine CO 2 , H
2 S ve NH 3 absorblayarak biyogazın temizlenmesi sistemin basit ve düşük maliyetli olması nedeniyle en fazla kullanılan ve uygulanan yöntemdir [9]. Bu yöntemle temizlenen gaz su ile doygun halde olacağından sıkıştırılmadan veya gaz nakil hattına verilmeden önce kurutulmalıdır. Su ile temizlemede, CO 2 ve H 2 S‘in metana göre daha fazla çözünmesinden yararlanılır. 1 atm basınçta ve 21ºC‘de 1 lt suda 1,8 gr CO 2 çözünürken, sadece 4 mg CH 4
çözünmektedir. Su ile CO 2 giderilmesinde genellikle %5-10 arası CO 2 geriye kalmaktadır[9]. CO 2 gazı giderildikten sonra biyogazın ısıl değeri 37,3 MJ/m 3 ‘e kadar yükselmektedir. İçerisinde zararlı sülfürler ve kirlenme meydana geldiği için uzun süre kullanıldıktan sonra suyun değiştirilmesi gerekir. Arıtılan karbondioksit seralarda kullanılabilir. Elde edilen CO 2 ‘nin bir
kullanım şekli ise kuru buz üretimidir. Yaklaşık olarak 1 m 3 biyogazdan 0,3–0,5 kg kuru buz elde edilebilir [10]. İçerisinde su bulunan absorpsiyon kulelerinin alt kısmından basınçlı şekilde gönderilen biyogaz, sudan geçerken içeriğindeki CO 2 ve H 2 S çözünerek su ile birlikte absorpsiyon kulesinden dışarı alınmaktadır. Metan gazı ise suda çözünmediği için absorpsiyon kulesinin üst kısmında toplanmaktadır. Absorpsiyon kulesinin üst kısmında istenilen metan oranına ulaşan biyogaz, bir kurutucudan geçirilerek içerisindeki nem alınır [11]. Absorpsiyon kulesinin alt kısmından alınan, içerisinde CO 2 ve H
2 S çözünmüş su ise desorpsiyon kulesinde CO 2 ve H 2 S‘den ayrıştırılarak tekrar kullanılabilmektedir [11]. Suda çözme yöntemiyle biyogaz saflaştırma ünitesi şematik resmi Şekil 3.2'de verilmiştir.
Şekil 3.2: Biyogaz saflaştırma ünitesi
Sodyum hidroksit ve kalsiyum hidroksit CO 2 arıtımında kullanılabilir. Ayrıca saf metan elde etmek için, biyogazı yıkama metodu da kullanılabilir. Üretilen biyogazı belirli
2 SO 4 ve 10 N KOH gibi asit çözeltilerden geçirilerek yapılmaktadır [12].
C. İlkılıç and H. Deviren 152
Şekil 3.3: Biyogazı yıkama yöntemi [13].
CO
ve H 2 S gideriminde, camsı polimerlerden imal edilmiş membranlar kullanılmaktadır. Bu malzemeler, CO 2 ve H 2 S‘i,
CH 4 ve yüksek hidrokarbonlara göre daha fazla geçirmektedir [14]. Membran gaz ayrımı, gazların molekül hacimleri ve şekilleri ve membran materyali ile olan etkileşimleri arasındaki farklılıklardan dolayı membranın bir tarafından diğerine farklı hızlarda geçerler. Transfer hızları arasındaki farklılıklar ise gaz moleküllerinin birbirinden ayrılmasını sağlar. Bir gazın membrandan doğru transferinde itici güç o gazın membranın iki yüzü arasındaki kısmi basınç veya konsantrasyon farkıdır. Biyogazın yakıt kalitesinin yükseltilmesinde membran gaz ayırma teknolojisi pratikte çok fazla uygulanan bir teknoloji değildir. Fakat farklı bileşimde birçok membran materyali biyogazdan CO 2 ve H 2 S‘in ayrıştırılması için test edilmiştir. Bu test çalışmaları sonunda biyogazın metan içeriği membran kullanılarak %80, %97 ve %94 değerlerine yükseltilmiştir [15- 18]. Biyogaz içerisinde bulunan CO 2 ‘i ayrıştırmak için ayrıca yoğuşturma yöntemi de uygulanabilir. Bu yöntemde karışım içindeki gazlar yoğuşma sıcaklıklarındaki farklılıklardan yararlanılarak fraksiyonel olarak yoğuşturulurlar ve distile edilirler. Örneğin CO 2 metana göre daha düşük basınçta ve yüksek sıcaklıkta yoğuşur (Tablo 3.4). CO 2 yoğuşturulurken sistemde aynı zamanda H 2 S ve nem de yoğuşur, fakat yoğuşan nem buz haline geldiğinde sistemde tıkanma problemi ile karşılaşılır. Bu yüzden biyogazdan öncelikle nem giderilmeli ve sonra sıcaklık CO 2 ‘in yoğuşacağı seviyeye düşürülmelidir. 80 bar basınç ve -45 o C sıcaklıkta biyogaz içindeki CO 2
yoğuşur ve yoğuşan CO 2 bir ayırıcı yardımıyla gazdan ayrıştırılır. Bu yöntemle %97 saflıkta metan elde etmek mümkündür. Polietilen glikol ile ayrıştırma yöntemi su ile ayrıştırma yöntemine benzeyen fiziksel bir işlemdir. Bu yöntemin su ile ayrıştırma yönteminden farkı, su yerine seleksol denilen bir kimyasal kullanılmaktadır. CO 2 ve H 2 S seleksolde suya göre daha iyi çözündüğünden, biyogazın absorpsiyon kulesine daha düşük basınçla gönderilmesine imkân sağlamaktadır. Toplama kabında biriken biyogaz toplama kanalları vasıtası ile ayrıştırıcılara gelmektedir. Ayrıştırıcılardan biyogazın sıvı ve gaz fazları fizıksel olarak birbirinden ayrılmaktadır. Sonra biyogaz içeriğinde bulunan zararlı H 2 S gazından arındırılması için kulelere gönderilir. Bu kulelerden CO 2 gazı biyogazdan ayrıştırılır. Eğer CO 2 herhangi bir amaç için kullanılacaksa d saf olarak çıkan bu gazının neminin alınması için dehidrasyon ünitesine gönderilir. Bu yöntemde de suda çözme ile ayrıştırmada olduğu gibi seleksol desorpsiyon yoluyla tekrar kazanılabilmektedir. Şekil 3.4 'te Polietilen glikol ile ayrıştırma yapan bir tesis görülmektedir [11]. 55 m 3 /h debili polietilen glikol ve suda çözme yöntemi ile saflaştırma yapan iki tesisin kurulum ve işletme maliyeti Şekil 3.5‘ te verilmiştir.
Şekil 3.4: Polietilen Glikol Ayrıştırma Ünitesi [19].
Suda çözme yöntemi ile saflaştırma yapan tesisin ilk kurulum maliyeti polietilen glikole göre yaklaşık iki kat daha yüksektir. İşletme maliyeti ise polietilen glikol ile saflaştırma yöntemine göre daha düşüktür. Tesisin 15 yıllık çalışma ömrü olduğu kabul edildiğinde, su ile çözme yönteminin toplam saflaştırma maliyeti polietilen ile saflaştırma yöntemine göre yaklaşık %70-80 daha fazladır [11].
3 /h kapasiteli polietilen glikol ve suda çözme ile ayrıştırma yöntemleri için kurulum ve işletme maliyeti [19].
3. BİYOGAZDAKİ H 2 S‘ÜN AYRIŞTIRILMASI Kullanılan organik maddeye göre miktarı değişmesine rağmen H 2
2 S korozyona neden olduğundan, kötü koktuğundan ve biyogazın yakılması esnasında SO 2 /SO
3
haline dönüştüğünden biyogazdan giderilmesi gerekmektedir. Kapalı bir yerde yakılan gazdan iç ortama H
2 S, SO
2 ve SO
3 yayılır. Bilindiği gibi bu gazlar insan ve diğer canlılar için zehirlidirler. Ayrıca H 2 S anaerobik proses içerisinde bakteri gelişimini de olumsuz etkilediği için H 2 S oluşumunun daha proses içerisinde engellenmesi gerekir [20].
İnorganik sülfür ve sülfat, fermentasyon sırasında H 2 S‘e dönüşür. Sülfat indirgeyen bakteriler, asetik ve propiyonik asitten H 2 S üretirler. H 2 S‘in kaynağı besleme materyalinde bulunan proteinler ve sülfürlü bileşenlerdir. Çok miktarda nitrat ve sülfat içeren atık maddeler anaerobik fermentasyon sırasında, metan evresinden azot ve H 2 S üretirler [21-23]. Besleme materyalinin içerdiği sülfat miktarına bağlı olarak biyogaz içerisinde 1500–5000 ppm H 2 S bulunmaktadır. H 2 S fermente malzemede çözünmüş halde ve gaz halinde bulunur. Yüksek konsantrasyonlarda sistemin inhibe olmasına neden olur [24]. Bu yüzden H 2 S miktarı fazla olduğunda ayrı bir kimyasal reaktörde H 2 S giderimi daha uygun olmaktadır [25]. H 2 S yanıcı ve zehirli bir gazdır. 0,05–500 ppm gibi düşük konsantrasyonlarda dahi, oluşan çürük yumurta kokusuyla Biyogazin Oluşumu Ve Biyogazi Saflaştirma Yöntemleri 153
hissedilebilir. Suda çözündüğünde zayıf asit formuna dönüşür. Yanması sırasında oluşan SO 2 , asit yağmurlarına neden olan yüksek derecede korozif sülfürik asit oluşumuna neden olur. Havada %0,1 oranında bulunması durumunda derhal, %0,05 civarında bulunması durumunda 30 dakikada ölüme sebep olur. H
2 S‘in mekân içinde izin verilebilecek sınır değeri 5–20 ppm‘dir [26-27]. H 2 S korozyona ve kötü kokuya neden olur. H 2 S‘in giderilmesi için kullanılan yöntemler;
Biyogazın içine O 2 veya hava verilmesi,
Besleme materyaline demir klorür katılması,
Demir talaş içerisinden biyogazın geçirilmesi,
Demir oksit paletlerden biyogazın geçirilmesi,
Aktif karbon kullanılması,
Su ile temizleme,
Sodyum hidroksit ile temizleme,
Biyolojik desülfürizasyon olarak sıralanabilir. Biyogaz içerisine yaklaşık olarak %2–6 hava karıştırıldığında, yüzeyde bulunan
bakteriler, H 2 S‘in oksitlenmesini gerçekleştirirler. Bu proses hem kimyasal hem de biyolojik bir prosestir. Biyogazın içerisine hava karışmasının engellenmesi için, reaktörle bağlantılı ve havalandırılmış fermente atığın sirküle edildiği bir depo kullanılmalıdır. Böylece H 2 S‘in
giderilmesi aynı yolla sağlanmış olur. Ya da doğrudan gazometrenin içerisine bir miktar hava veya oksijen verilerek H 2
2 S miktarına göre verilmesi gereken hava veya oksijen miktarları Tablo 3.5‘ te verilmiştir [28].
Tablo 3.5: İçerdiği H 2 S miktarına göre biyogaza verilmesi gereken hava ve oksijen miktarları
ppm
% Hacim
500 0,05
0,025 0,125
1000 0,10
0,050 0,250
1500 0,15
0,075 0,375
2000 0,20
0,100 0,500
2500 0,25
0,125 0,625
3000 0,30
0,150 0,750
Birçok reaktör % 0,3–2 H 2 S ürettiğinden H 2 S üretiminin artması durumunda reaktöre daha az sülfür içeren materyal verilir veya su oranı arttırılır. Besleme materyaline demir klorür (FeCl 2 ) eklenmesi de H 2 S gideriminde uygulanır. Bu malzemenin pahalı olması, klorun korozyon oluşturması, reaktör içindeki bakterilerin ölme riski, bu tip kullanımı engellemektedir [29]. Ayrıca H 2 S miktarının yüksek olduğu tesislerde bu yöntem pahalıdır. Oluşan H 2 S‘in giderilmesinde iki uygulanabilir yöntem daha vardır. Bunlardan birincisi, biyogazın bakır sülfat-su karışımından geçirilmesidir. H 2 S
Diğer yöntemde, biyogaz demir yonga içerisinden geçirilir [46].
Oluşan H 2 S‘in giderilmesinde iki uygulanabilir yöntem daha vardır. Bunlardan birincisi, biyogazın bakır sülfat-su karışımından geçirilmesidir. H 2 S bakır tarafından tutulur ve siyah bir çökelti meydana gelir. Diğer yöntemde, biyogaz demir yonga içerisinden geçirilir [46]. Az gelişmiş ülkelerde kullanılabilen giderim yöntemleri içinde gazın demir yonga içeren toprak içinden geçirilmesi, en ucuz ve kolay uygulanan yöntemlerdendir. Bu yöntemde demir içeren toprak veya demir cevheri, gaz sızdırmaz bir hacim içerisinde tabakalar şeklinde hazırlanır. Biyogaz bu hacmin altından girer, demir sülfit (FeS
2 ) oluşur ve üstten H 2 S‘i alınmış olarak çıkar. İçerilen demirin miktarına göre, materyal boşaltılır ve yeni materyalle doldurulur. Boşaltılan malzeme atmosfere açık olarak bekletilerek rejenerasyon sağlanır ve tekrar kullanılır. Malzeme yere serilerek ve arada bir ters yüz edilerek yaklaşık 1–2 gün bekletilir. Tekrar kullanım, materyalin içerdiği demirin bozunmasına kadar sürdürülebilir. Bu işlem yaklaşık 10 kez tekrarlanabilir. Bir rejenerasyon yöntemi de az miktarda havanın biyogazla karıştırılarak verilmesidir. Fakat hassas gaz ölçüm ve kontrol cihazları gerektirdiğinden, küçük tesisler için uygun değildir. Demir hidroksit (FeH 3 O
) de H 2 S arıtımı için kullanılabilir. Katı demir hidroksit kullanıldığında, rejenerasyon için içerisinden sıcak hava geçirilir. Fakat sıcaklıkla beraber çok fazla havaya maruz bırakmak, biriken sülfürün yanmasına neden olur. Bu durumda SO 2 emisyonu oluşur. Diğer bir yöntem demir oksit (hematit-Fe 2 O 3 ) kullanımıdır. H 2 S hematit ile reaksiyona girerek, demir sülfür (FeS) oluşturmakta, demir sülfürün oksidasyonuyla kükürt ve hematit tekrar elde edilebilmektedir. 1 m 3 hematit, 2 g/m 3 H 2 S bulunduran, yaklaşık 33.000
m 3
biyogazı temizleyebilmektedir. Ham biyogaz, demir klorid (FeCl 3 ) ile
doyurulmuş talaş içerisinden geçirilebilmekte, H 2 S yine demir sülfür şekline dönüşmektedir. Çinko oksit de aynı amaçla kullanılabilir [46]. H 2
kullanılır. Bu absorbentlerin içindeki demir miktarı, en az ağırlığının %40-50‘si civarında olmalıdır. Aktif demirin, toplam demir içindeki oranı da en az %70 olmalıdır. Bu prosesde en uygun sıcaklık aralığı, 15–25ºC‘dir. H 2 S
sönmemiş kireç ile arıtımdır. Fakat bu prosesler, büyük ölçekli tesislerde, çok miktarda kokulu atık oluşturması ve bu atığın bertarafının zor olması nedeniyle kullanım yönünden uygun değildir [25]. H 2
2 kadar suda çözünmese de miktarı azaltılabilir. Suyun tekrar kullanılması için arıtılması gerekmektedir. Fakat H 2 S yüzünden su içinde sülfürlü bileşenler çoğalmakta ve problemlere yol açmaktadır. Suyun bol ve ucuz olduğu yerlerde devamlı yeni su kullanılması daha sağlıklıdır [30]. Bazı solventler ve zeolit de H 2 S arıtımı amacıyla kullanılabilir. Zeolit, biyogazın nemini de alır. Tekrar kullanılması için içinden sıcak hava geçirilmesi gerekir. Polietilen glikol ile temizleme de su ile temizleme gibi fiziksel bir prosestir. Ticari olarak kullanımdaki markalardan biri selexoldür. Suya göre içerisinde CO 2 ve H 2 S‗in çözünmesi daha fazladır. Ayrıca bu yöntemle halojenler ve su da giderilmiş olur [30]. Yine H 2 S arıtımı için kullanılan yöntemlerden biri, ham biyogazın aktif karbon içerisinden geçirilmesidir.
C. İlkılıç and H. Deviren 154
4. BİYOGAZDAKİ NEMİN GİDERİLMESİ
Ham biyogaz neme doygun bir haldedir. Çünkü ortamın sıcaklığı buharlaşmaya müsaittir ve oluşan gaz bu ortamı terk ederken
beraberinde bir
miktar nemi
sürükleyip götürdüğünden neme doygun halde bulunmaktadır. Nemin yoğuşması gaz nakil işlemlerinde problem oluşturmaktadır. Biyogaz basınçla sıkıştırılmak istendiğinde içindeki nem gaz ventillerinde tıkanmalara neden olmaktadır. İçinde nem olan biyogaz
yakıldığında vereceği enerji daha düşüktür. Saydığımız bu sebeplerden dolayı biyogazın nemden arındırılması gerekmektedir. Biyogaz zenginleştirilirken bu işlemin hangi aşamasında nemin alınması gerektiği uygulanan zenginleştirme tekniğine bağlıdır [4]. Biyogazın içerisinde 35ºC‘de yaklaşık 35 gr/m 3 su buharı bulunmaktadır. Bu değer 20ºC için yaklaşık 17 gr/m 3 ‘dür [31]. Biyogaz içerisinde, termofilik bölgede çalışıldığında, 50 mg/lt su buharı bulunmaktadır. Biyogazın içinde su buharının yüksek oranda bulunması, alevin kırmızımsı oluşundan fark edilebilir. Su buharı, alev sıcaklığına, alt ısıl değere ve yakıt-hava oranına etki eder. Ayrıca gaz hattında yoğuşup, H 2 S‘le birleşerek korozif asitli bileşik (sülfürik asit) oluşturur, donmaya ve tıkanmaya neden olur. Yine CO 2 ile birleşerek karbonik asit oluşturur. Biyogazın brülörde yakılacağı zaman içinde bulunan su buharının giderilmesi önerilmektedir. Aksi halde memelere zarar verebilir. Bu yüzden biyogazdaki su içeriğinin giderilmesi gerekir [32]. Nem giderim yöntemleri, su absorblayan sıvı ve katıların kullanılması veya gazın sıkıştırılarak veya soğutularak suyun yoğuşturulmasıdır. Biyogazın soğutularak su buharının yoğunlaştırılmasında, soğutucuya harcanan enerji, elde edilen biyogazın enerji içeriğinin yaklaşık olarak % 2‘sidir. Ayrıca metal oksitler üzerine adsorpsiyon, glikol veya suyu seven tuzlara absorpsiyon nem giderilmesinde en yaygın olarak uygulanan tekniklerdir.
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Biyogaz enerjisi oldukça avantajlı olduğu için biyogaz tesisi kurulduğunda çevreye ve insanlara zarar vermez. Biyogazın kullanımı, depolanması ve taşınmasındaki problemleri oluşturan ana bileşenler H 2 S, H 2 O, CO
2 ‘dir. Biyogaz üretilip kullanım alanının genişletilmesi için biyogaz içerisindeki bu zararlı bileşenleri ayrıştırıp asıl enerji kaynağı olan Metan (CH 4
seviyesinin yükseltilmesi, taşınabilir hale getirilmesi, taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilmesi, doğal gaz ile belli oranlarda karıştırılabilmesi, ısı ve elektrik üretiminde verimli şekilde yararlanılabilmesi için enerji seyreltici olan, basınç altında depolama güçlüğü oluşturan ve nakil sistemlerinde korozyona neden olan maddelerden arındırılması gerekmektedir. CO 2
neden olur. İnsan sağlığından küresel ısınmaya kadar birçok zararı olduğu biyogazın içerisindeki CO 2 , H
2 S ve nemin arındırılması gerekmektedir. Biyogaz arıtıldıktan sonra; piyasada bulunan ve LPG ile çalışan cihazların, küçük değişiklikler yapılarak biyogazla çalışır hale getirilebileceği, pişirme, sıcak su hazırlama, ısınma gibi amaçlarla kullanılabilmektedir. Ayrıca
biyokütlenin biyogaza dönüştürülmesi evsel kullanımlarda olduğu gibi, kojenerasyon tekniğiyle elektrik üretimin de ve günümüzde ülkemizin tam anlamıyla dışa bağımlı bulunduğu motorlu taşıt yakıtlarının alımında biyogazın bu taşıtlarda kullanılmaya başlanmasıyla dışa bağımlılıkta büyük düşüşler yaşanabilir. Bunun yanı sıra biyogaz üretimi sonucunda sıvı formda fermente organik gübre elde edilmektedir. Fermantasyon sonucu elde edilen organik gübrenin temel avantajı anaerobik fermantasyon sonucunda patojen mikroorganizmaların büyük bir bölümünün yok olması ve fermantasyon sonucu elde edilen organik gübrenin daha verimli olmasıdır. Ülkemizde giderek artan enerji ihtiyacının karşılanması açısından biyogazın alternatif bir enerji olarak kullanılması gerekir. Bunun için bu enerji kaynağının her yönüyle incelenerek en verimli ve en ekonomik bir duruma getirilmesi gerekir. Bu amaçla özellikle kırsal alanlarda uygun bölgelerin belirlenerek biyogaz üretim tesislerinin kurulması gerekir. Ülkemizde konunun yeteri kadar ele alınmaması biyogaz üretim tesislerinin kurulmasını geciktirmiştir. Hayvancılıktan kaynaklanan atıklar ve evsel çöpler biyogaz üretimi için dikkate alınarak gaz üretim tesisleri kurulabilir. Bu tesislerde kaliteli organik gübre ve enerji elde ederek ekonomiye, koku ve bakteri oluşumunu önleyerek çevre sağlığına katkıda bulunulmuş olur. Çevre sağlığı açısından Biyogaz tesislerinin yapılması zorunlu olmalıdır.
KAYNAKLAR [1] Anon., 1999b, Biogas Digest Volume I- Biogas Basics, Information and Advisory Service on Appropriate Technology [2] Krich, K., Augenstein, D., Batmale, J.P., Benemann, J., Rutledge, B., Salour, D., 2005, Biomethane from Dairy Waste: A Sourcebook for the Production and Use of Renewable Natural Gas in California, http://www.calstart.org/info/publications/Biomethane_from_Dairy_ Waste_Full_Report.pdf [3] Anon., 1997a, Energy From Biomass -Volume 4- Anaerobic Digestion for Biogas, http://www.dti.gov.uk/files/file14938.pdf [4] Strevett, K.A., Vieth, R.F., Grass, D., 1995, Chemo-Autotrophic Biogas Purification for Methane Enrichment: Mechanism and Kinetics, The Chemical Engineering Journal, 58, pp. 71-79 [5] Nalbant, M.; 1984, ―Biyogaz ve Kullanımı‖, 2. Uluslar arası Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Sempozyumu, Ankara, 4-12 [6] Vijayalekshmy, M.V., 1985, Biogas Technology-an Information Package, Tata Energy Research Instıtute, Bombay [7] Edelmann, W., 2002, Products, Impacts and Economy of Anaerobic Digestion of OFMSW, IWA Publishing, Biomethanization of The Organic Fraction of Municipal Solid Wastes, Edited by J. Mata- Alvarez, ISBN: 1 900222 14 0 [8] Lie, J.A., 2005, Synthesis, performance and regeneration of carbon membranes for biogas upgrading, PhD Thesis, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), [9] Kapdi, S.S., Vijay, V.K., Rajesh, S.K., Prasad, R., 2005, Biogas Scrubbing, Compression and Storage: Perspective and Prospectus in Indian Context, Renewable Energy, 30, pp. 1195–1202 [10] Arnott, M., 1985, The Biogas/Biofertilizer Business Handbook, Peace Corps, Information Collection and Exchange, Reprint R-48 [11] Eyidoğan, M., 2008, ‗‗Biyogazın Saflaştırılması ve Motor Yakıtı Olarak Kullanılması‘‘ Mühendis ve Makine, Cilt:49, Sayı:584, Kocaeli Üniversitesi, [12] Buğutekin A.; Eylül, 2007, ‗‗Atıklardan Biyogaz Üretiminin İncelenmesi‘‘ Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı Doktora Tezi, İstanbul, [13] Mahmood Alimahmood, 2004 March, ― CO 2 Capture and Bioconversion to Biogas in an Anaerobic System using UASB Biyogazin Oluşumu Ve Biyogazi Saflaştirma Yöntemleri 155
Reactor‖ Department of Building, Civil Environmental Engineering, Degree of Master of Applied Science at Concordia University, Canada, [14] Stern, S.A., Krishnakumar, B., Charati, S.G., Amato, W.S., Friedman, A.A. and Fuess, D.J., 1998, Performance of a bench-scale membrane pilot plant for the upgrading of biogas in a wastewater treatment plant. J.Membr. Sci. 151(1), 63-74 [15] Kayhanian, M. and Hills, D.J., 1988, Membrane purification of anaerobic digester gas. Biol.Wastes 23(1), 1-15 [16] Röhr, M. and Wimmerstedt, R., A, 1990, comparison of two commericial membranes used for biogas upgrading. Desalination 77, 331-345 [17] Li, K. and Teo, W.K., 1993, Use of an internally staged permeator in the enichment of methanefrom biogas. J. Membr. Sci. 78(1-2), 181- 190 [18] O'keefe, D.M., Brigmon, R.L., Chynoweth, D.P., 2000, Influence of Methane Enrichment by Aeration of Recirculated Supernatant on Microbial Activities During Anaerobic Digestion, Bioresource Technology, 71, pp. 217-224 [19] Persson, M., Jönsson, A. And Wellinger, A., May, 2007, Biogas upgrading to vehicle fuel standarts and grid injection. International Energy Agency (IEA) Publications. Bioenergy. Task 37: Energy throughout the whole world, Berlin 7-11. [20] Rautenbach, R. and Welsch, K., 1994, Treatment of landfill gas by gas permeation-plot Plant results and comparison to alternatives. J.Membr. Sci., 87, 107-118 [21] Truong, L.V.-A., and Abatzoglou, N., A 2005, H 2 S reactive adsorption process for the purification of biogas prior to its use as a bioenergy vector. Biomass and Bioenergy 29, 142-151 [22] Hagen, M., Polman, E., Myken, A., Jensen, J., Jönsson, O., Dahl, A., 2001, Adding Gas from Biomass to the Gas Grid, Contract No:XVII/4.1030/Z/99-412, Final Report,
http://uk.dgc.dk/pdf/altener.pdf [23] Stuckey, D.C., 1981, Gelişmekte Olan Ülkelerde Isı ve Katkı Maddelerinin Anaerobik Sindirime Etkisi, Uluslararası Biyogaz Semineri, 23-26 Kasım 1981, Ankara, ss. 16-40 [24] Ter Maat, H., Hogendoorn, J.A. and Versteeg, G.F., 2005, The removal of hydrogen sulfide from gas streams using an aqueous metal sulfate absorbent. Part I. The absorption of hydrogen sulfide in metal sulfate solutions. Sep.and Purif. Technol. 43, 183-197 [25] Muche, H., Zimmermann, H., 1985, The Purification Of Biogas, Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien-GATE, Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit(GTZ) GmbH, Eschborn [26] Anon., 1980a,
Energy From
Biological Processes, http://www.wws.princeton.edu/ota/disk3/1980. [27] Jenangi, L., 1981, Producing Methane Gas From Effluent, Adelaide University Diploma in
Agricultural Production, http://www.ees.adelaide.edu.au/pharris/biogas/project.pdf [28] Mitzlaff, K.Von, 1988, Engines for Biogas, A Publication of the Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien, GATE, A Division of the Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH [29] Boyd, R., 2000, Internalising Environmental Benefits of Anaerobic Digestion of Pig Slurry in Norfolk, University of East Anglia, http://www.green-trust.org/%20PigSlurryADProject.pdf [30] Anon., 1999a, ―Biogas Upgrading and Utilisation‖ IEA Bioenergy, http://www.recyclenow.org/Report_IEA_Bioenergy_ [31] Munoz, F., López, R., 2000, Anaerobic Digestion System Installation of
Cattle Manure
in Two
Farms in
Puebla, Mexico,
http://wire0.ises.org/wire/doclibs/File/221.pdf [32] Walsh, J.L., Ross, C.C., Smith, M.S., Harper, S.R., 1989, Utilization of Biogas, Biomass, 20, pp. 277-290 Yüklə 162,21 Kb. Dostları ilə paylaş:
|