Принцип досить простий: вологу з біогазу не видаляють хімічно, а змушують перетворитися з водяної пари на рідку воду. Для цього біогаз спеціально охолоджують нижче температури, за якої волога починає конденсуватися. Після цього утворену воду відокремлюють від газу та відводять із системи.
Це типовий спосіб видалення основної кількості вологи: біогаз охолоджують чилером, водяна пара конденсується, конденсат видаляється у сепараторі, а охолоджений газ потім за потреби знову підігрівають.
У спрощеному вигляді весь процес обробки біогазу, після його отримання, виглядає так:
Окремо працює холодильний контур:
Етапи роботи системи осушення біогазу
1. Із ферментера виходить теплий біогаз зі 100% відносною вологістю
Біогаз після ферментера зазвичай містить значну кількість водяної пари (близько до 100% відносної вологості). Поки газ теплий, значна частина води перебуває в ньому у вигляді невидимої пари.
Якщо такий газ без осушення спрямувати далі по трубопроводу, він поступово охолоджуватиметься. Вода у вигляді конденсату почне випадати вже всередині:
- трубопроводів;
- газодувки;
- фільтрів;
- компресора;
- газового двигуна;
- іншого обладнання.
Ця сконденсована вода призведе до швидкого виходу коштовного обладнання з ладу.
Тому завдання системи осушення полягає фактично в тому, щоб примусово сконденсувати воду у спеціально передбаченому місці, а не дозволити їй випадати далі по системі.
2. Чилер охолоджує проміжний холодоносій
Сам чилер зазвичай не контактує безпосередньо з біогазом.
Він охолоджує проміжну рідину (антифриз), яка циркулює між чилером і газовим теплообмінником. Це може бути:
- вода;
- водно-глікольова суміш.
Гліколь особливо доцільний при низьких температурах теплоносія або коли існує ризик замерзання.
Таким чином утворюються два окремі контури:
У теплообміннику біогаз і гліколь не змішуються. Вони проходять різними каналами або трубами, а тепло передається через металеву стінку.
3. Біогаз надходить у теплообмінник-осушувач
Умовно можна уявити, що на вхід приходить біогаз: +40 °C, а чилер подає в теплообмінник холодоносій: +5 °C.
Це лише приклад. Конкретні температури визначаються розрахунком залежно від:
- витрати біогазу;
- температури газу;
- його тиску;
- складу;
- необхідного ступеня осушення.
У теплообміннику біогаз віддає тепло холодоносію:
Спочатку відбувається звичайне зниження температури газу. Потім починається головний процес – конденсація води.
4. Водяна пара перетворюється на рідку воду
Процес працює на тому принципі, що теплий газ здатний містити в собі більше водяної пари, ніж холодний.
Коли біогаз охолоджується, кількість вологи, яку він може утримати в собі, зменшується. Ця різниця у кількості вологи, яку здатен в собі утримати біогаз, і випадає у вигляді конденсату:
Саме це і є основою холодильного осушення біогазу.
Як приклад реальної промислової системи охолодження біогазу у цифрах: при охолодженні біогазу з +40 °C до +10 °C конденсується понад 80% води, що містилася в газі. Це приклад конкретної системи, а не універсальне значення для кожного проєкту.
5. Що відбувається всередині теплообмінника
Одночасно відбуваються кілька процесів:
| Процес | Пояснення |
| Охолодження біогазу | холодоносій забирає тепло |
| Конденсація води | водяна пара перетворюється на рідину |
| Утворення крапель | вода осідає на холодних поверхнях |
| Стікання води | краплі збираються в нижній частині обладнання |
При цьому холод потрібен не тільки для того, щоб знизити температуру газу. Значна частина холодопродуктивності витрачається саме на конденсацію водяної пари – до двох третин теплового навантаження припадає саме на конденсацію води, а решта – на охолодження самого газу.
Це принципово важливо при підборі чилера. Не можна визначати необхідну потужність чилера тільки за витратою біогазу і різницею температур.
Необхідно також враховувати:
- склад біогазу;
- тиск біогазу на вході в систему осушення;
- допустиму втрату тиску в системі осушення;
- кількість води, яка повинна сконденсуватися.
6. Утворена вода відділяється від біогазу
Після охолодження на виході з холодної частини системи маємо:
Цю воду необхідно відокремити від газового потоку.
Для цього застосовують сепаратор-краплевідділювач (demister) в комплекті з конденсатозбірником.
7. Конденсат необхідно вивести із системи осушення
Вода збирається в нижній точці та відводиться. Типова логіка:
При цьому система відведення повинна бути побудована так, щоб вода виходила, а біогаз не виходив назовні через дренаж.
Тому просто залишити відкриту зливну трубу не можна.
8. Конденсат – це НЕ ЧИСТА вода
Разом із водяною парою в біогазі буде присутня:
- сірчана кислота, бо сірководень H₂S добре розчиняється у воді;
- аміак NH₃;
- силоксани;
- інші домішки.
Треба пам'ятати, що система осушення не замінює повноцінну систему десульфуризації біогазу!
Тому конденсат необхідно розглядати як технологічну рідину, склад якої залежить від конкретного біогазу.
Це також пояснює, чому матеріали теплообмінника, труб і конденсатної системи потрібно підбирати з урахуванням корозійної активності середовища.
9. Після охолодження біогаз стає практично сухим
За таких умов для біогазу, що має склад 50% CH₄ / 50% CO₂, маємо відносну вологість 17%.
Тобто в результаті в самому газі залишається значно менша абсолютна кількість води (тобто менша кількість молекул води).