Biometano que fornece gás limpo à rede com a ajuda de um gerador de oxigênio da Atlas Copco
Um gerador de oxigênio da Atlas Copco está ajudando a Nat-Ur-Gas Solschen a produzir metano limpo em sua planta de biogás na Alemanha. A dessulfurização do biogás usando oxigênio resulta em uma fonte de energia sustentável para a rede. Um benefício adicional é a redução nos custos operacionais por meio da melhoria da eficiência energética – em até 50%.
O uso de um compressor de velocidade variável da Atlas Copco também permite um controle rígido do teor de oxigênio abaixo do limite inferior de explosividade, garantindo assim a segurança da planta.
O ar comprimido do compressor chega a um tanque de armazenamento a uma pressão de 10 bar através de um filtro de carvão ativado, um separador de óleo e um coletor de sujeira (à esquerda na foto). O gerador de oxigênio é alimentado a partir desse tanque.
Heinrich Schaper e Michael Klawitter da Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & Co. KG contrataram a Bioconstruct GmbH, sediada em Melle, para projetar e construir sua usina de biogás em 2016. Atualmente, a usina produz 1500 m3 de biogás por hora com teor médio de metano de 53%. Esse biogás é continuamente concentrado a um teor de metano de 94% em uma estação de tratamento por meio de membranas. "A cada hora, colocamos 700 metros cúbicos de biometano no sistema de fornecimento de gás," diz Klawitter. O biogás é vendido à BayWa, fornecedor de energia de Munique, por meio de um contrato de compra de longo prazo.
O coração do processo de biogás Bioconstruct são os fermentadores onde as bactérias se alimentam de material orgânico para produzir biogás. Cada um de seus dois fermentadores requer 3,5 toneladas de biomassa fresca ou substrato a cada hora. A sustentabilidade é uma caraterística fundamental do modelo de negócios, pois o substrato é proveniente de agricultores locais e os resíduos de fermentação são fornecidos como fertilizante.
O maior problema na produção de biogás é o sulfeto de hidrogênio resultante.Em primeiro lugar, faz com que os filtros na estação de tratamento fiquem juntos. E, em segundo lugar, é convertido em dióxido de enxofre durante a combustão do biogás e causa corrosão em conexões e motores. Portanto, precisamos tentar eliminar o máximo possível de sulfeto de hidrogênio do gás."
O método de dessulfurização biológica
A usina de biogás em Solschen, Baixa Saxônia, produz biogás com um teor médio de metano de 53%.
A empresa com sede em Solschen escolheu o método de dessulfurização biológica. Nesse processo, o sulfeto de hidrogênio é convertido em enxofre elementar e água por bactérias especiais no fermentador com a adição de ar ou oxigênio. O enxofre permanece no resíduo de fermentação e aumenta seu valor fertilizante, enquanto o gás purificado pode passar por outras etapas de processamento.
"Tomamos uma decisão consciente de escolher a dessulfurização com oxigênio,” explica Klawitter. “Porque, ao contrário da dessulfurização com ar ambiente, podemos controlar com precisão nosso gerador de O2. Isso nos dá controle total sobre vários fatores, como proteção contra explosão. Sabemos que temos um teor de O2 de 94 por cento e podemos dosar a adição de oxigênio de forma que estejamos definitivamente sempre abaixo do limite inferior de explosividade de 2,3 por cento.” O oxigênio é soprado para os fermentadores por cima. Juntamente com o biogás, é distribuído sob as cúpulas das áreas hemisféricas de armazenamento de resíduos de fermentação.
O parceiro comercial da Atlas Copco, D & N Drucklufttechnik GmbH & Co. KG, também com sede em Melle, planejou e implementou o sistema de fornecimento de oxigênio. Consiste em um compressor de parafuso GA 11 VSD+ com injeção de óleo e regulado por velocidade, um gerador de O2 tipo OGP 8, um tanque de armazenamento para ar comprimido e oxigênio, bem como os estágios de filtro necessários para o processamento de ar comprimido e O2. O ar comprimido passa por um filtro de carvão ativado, um separador de óleo e um coletor de sujeira para um tanque de armazenamento a uma pressão de 10 bar. A partir daí , o gerador de O2 é alimentado, o que enriquece o ar a um teor de oxigênio de 94%. O oxigênio finalmente chega aos fermentadores por meio de outro tanque de armazenamento e dois medidores de fluxo eletrônicos.
"Atualmente, sopramos uma média de nove metros cúbicos de oxigênio por hora nos fermentadores", diz Klawitter. A vazão instantânea varia entre 6 e 11 m3 de acordo com a quantidade de biogás produzida, de modo que o teor de oxigênio nunca exceda o limite inferior de explosividade. O suprimento de ar comprimido deve, portanto, ser flexível – uma das razões pelas quais a máquina com regulação de velocidade da Atlas Copco foi escolhida.
A segunda grande vantagem da regulação de velocidade é o baixo consumo de energia, o que reduz os custos operacionais. Os compressores GA-VSD+ da Atlas Copco apresentam a mais recente geração de regulação de velocidade e são equipados com motores de ímã permanente particularmente eficientes em termos energéticos. O sistema economiza 50% dos custos de energia em comparação com um sistema de controle de carga total/sem carga.
A dessulfurização do biogás também protege os filtros de carvão ativado a montante da estação de tratamento. Sem a dessulfurização, o teor de enxofre do gás bruto reduziria radicalmente a vida útil do filtro, aumentando assim os custos operacionais. Um benefício adicional é que o oxigênio de 0,4 a 0,5% no fluxo de gás realmente ajudam o desempenho do carvão ativado, mantendo-o totalmente eficaz. O suprimento de oxigênio é tão crítico para a planta de Solschen que a Nat-Ur-Gas Solschen já está trabalhando para implementar uma solução redundante.
Michael Klawitter também enfatiza positivamente o serviço da Atlas Copco.
Os engenheiros de serviço restauraram o funcionamento do gerador de forma rápida e eficiente após uma falha autoinfligida. Eles também forneceram instruções completas na engenharia do sistema durante o ciclo de manutenção sem solicitação.