Załącznik Nr 2 do SIWZ

Załącznik Nr 2 do SIWZ
ZP/27/2011
Opis wykonania mobilnej instalacji membranowej (MIM)
Mobilna Instalacja Membranowa (MIM)
1.
Wstęp
Badawcza instalacja służy do określenia parametrów urządzeń oczyszczania strumienia biogazu
czerpanego z różnych obiektów (wysypiska odpadów komunalnych, oczyszczalnie ścieków,
fermentatory). Dzięki mobilności MIM badania będą prowadzone bezpośrednio w miejscu
wytwarzania biogazu - pozwoli to na określenie procesu separacji membranowej dla
rzeczywistego biogazu i wyciągnięcia wniosków co do procesu wzbogacania biogazu w metan.
Instalacja składa się z bloków funkcjonalnych wykonujących określone zadania. Część
pomiarowo-kontrolna opomiarowuje proces, rejestruje wyniki pomiarów i jest wykorzystana do
sterowania instalacją.
Dużą trudność w pracy MIM powodują warunki atmosferyczne, praca w terenie, temperatury
otoczenia od -30 oC do +40 oC oraz wilgotność. Zmusza to do stworzenia pomieszczenia, w
którym będą urządzenia MIM, aby mieć warunki przyjęte jako standard.
Instalacja pracuje z biogazem - gazem palnym. Stwarza to zagrożenie zapłonu, wybuchu.
Przyjmuje się, że MIM będzie pracować w strefie 2 zagrożenia wybuchem.
Strefa zagrożenia stawia wymagania spełnienia europejskich dyrektyw ATEX dla urządzeń
przeznaczonych do pracy w atmosferach zagrożonych wybuchem oraz norm krajowych dla
atmosfery zagrożonej wybuchem.
Produktem instalacji MIM są:
1.
Standardowe paliwo gazowe SPG (do 90 % metanu)
2.
Paliwo gazowe o parametrach gazu GZ50 (o wartości opałowej ok. 10,0 [kWh/m3] gazu
domieszkowego)
3. Paliwo do skroplonego metanu.
2.
Warunki techniczne bloków funkcjonalnych MIM
2.1 Blok Wejściowy instalacji biogazu (Rys. MIM 01.00)
Biogaz czerpany z danego obiektu ma mierzoną temperaturę i ciśnienie. Informacje te sterują
urządzeniami, aby otrzymać standaryzację parametrów biogazu do separacji.
Przyjęto:
Z obiektu pobierany jest biogaz surowy:
-
wilgotny (wilgotność bezwzględna 50 [g/Nm3])
-
ciśnienie środowiska >0.05 [bar]
-
temperatura według procesu obiektu
Strona 1
Skład biogazu surowego:
CH4 50÷70 [% mol]
CO2 25÷45 [% mol]
NH3 < 1000 [mg/Nm3]
H2S < 2500 [mg/Nm3]
O2
< 1 [mg/Nm3]
N2
< 8 [mg/Nm3]
i inne substancje w małych ilościach
Strumień biogazu surowego: 10 [Nm3/h]
2.2 Blok Standaryzacji parametrów biogazu (Rys. MIM 02.00)
Biogaz w zależności od ciśnienia i temperatury jest chłodzony lub podgrzewany, albo płynie
bezpośrednio do zaworu redukującego i stabilizującego ciśnienie, skąd biogaz o standardowych
parametrach jest przesyłany do dalszej obróbki.
Wymagania:
Dopuszczenie urządzeń do biogazu, spełnienie dyrektyw ATEX, odporność urządzeń i
przyrządów na:
- wilgoć
- zanieczyszczenia stałe (organiczne i nieorganiczne), LZO (lekkie związki organiczne)
- agresywność środowiska (H2S i NH3 oraz ich kwasy)
Parametry:
medium biogaz surowy
- natężenie przepływu 10 [Nm3/h]
-
ciśnienie wlotu
według obiektu
-
temperatura wlotu
według obiektu < 60[°C]
-
ciśnienie wylot
≤ 0,05 [bar]
-
temperatura wylot
38÷40 [°C]
2.3 Blok A Oczyszczanie wstępne biogazu (Rys. MIM 03.00)
W Bloku A biogaz surowy (po Bloku Standaryzacji) jest czyszczony w filtrze FZ-1 z wilgoci pary wodnej przez wykroplenie, oraz drobnych cząstek stałych (organicznych i
nieorganicznych).
Zatrzymany materiał jest zrzucany w postaci kondensatu do zbiornika kondensatu celem
utylizacji, następnie w filtrze mechanicznym z cząstek stałych i substancji oleistych jest sprężany
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 2
dmuchawą biogazu Typ 3.6/01 V-G (bez olejowa) do ciśnienia 0,05 [bar], podgrzewany
wymiennikiem ciepła do temperatury biogazu 35÷40 [°C].
W przypadku spełniania wymaganych wielkości ciśnienia i temperatury mierzonych po wylocie
z filtra TLSH 30-6-TC, biogaz płynie odpowiednio z pominięciem dmuchawy lub wymiennika
ciepła.
Urządzenia - filtry mają pomiar spadku ciśnienia. Przekroczenie zadanej wartości jest
sygnalizowane jako zapełnienie wkładu filtrującego.
Instalacja bloku oczyszczania wstępnego jest opomiarowana i mierzy:
-
ciśnienie biogazu (przetworniki ciśnienia - sygnał 4÷20 mA)
-
przepływ biogazu (wydatek) - sygnał 4÷20 mA
-
wilgoć biogazu (wilgotność względna i bezwzględna) - sygnał 4÷20 mA
-
skład biogazu – pomiar:
- zawartość metanu CH4 0÷100% (V/V)
- zawartość siarkowodoru H2S 0÷3000 (ppm)
- zawartość dwutlenku węgla CO2 0÷100% (V/V)
-
temperaturę biogazu
Wyniki pomiaru są przesyłane do bloku sterowania sygnałem 4÷20 mA. Blok sterowania w
oparciu o te dane steruje instalacją i rejestruje wartości pomiarów.
Parametry: biogaz surowy
Wlot - parametry wylotu z bloku standaryzacji
Wylot
- natężenie przepływu 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
≤ 0,05 [bar]
- temperatura
38÷40 [°C]
Biogaz oczyszczony wstępnie z pary wodnej przez wykroplenie wody wraz z cząstkami stałymi
organicznymi i nieorganicznymi. Skład biogazu bez zmian.
Urządzenie i aparatura pomiarowa dopuszczone do biogazu, spełniająca dyrektywy ATEX dla
biogaz medium agresywne (zawiera CH4, H2S i ich kwasy).
2.4 Blok B Oczyszczanie dokładne biogazu (Rys. MIM 04.00)
W Bloku B biogaz surowy (po Bloku A - oczyszczanie wstępne) jest osuszany z pozostałości
pary wodnej przez adsorpcję złożem adsorbentów. Takimi złożami są: sita molekularne, węgiel
aktywowany, zeolity w postaci luźno usypanych warstw lub prasowanych pakietów. Adsorbenty
wypełniają dwie kolumny działające symultanicznie. Gdy jedna kolumna osusza biogaz, druga
kolumna jest regenerowana przez suszenie gorącym powietrzem (w Bloku regeneracji).
Biogaz osuszony w kolumnie adsorbującej parę wodną płynie do zestawu kolumn odsiarczania.
Gdy w jednej kolumnie zachodzi proces oczyszczania biogazu z siarkowodoru oraz innych LZO
(lekkich związków organicznych) przez adsorpcję na odpowiednio dobranym wypełnieniu
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 3
ziarnistym jak: ruda darniowa, węgiel aktywowany np. Norit CI 4 lub Norit ROZ 3, złoże
Sulforex lub Sulfox, druga kolumna symultanicznie jest regenerowana przez wymianę złoża.
Kolumny są opomiarowane, mierzony jest spadek ciśnienia między wlotem i wylotem
przetwornikiem różnicy ciśnień. Przekroczenie zadanego spadku ciśnienia jest informacją o
nasyceniu adsorbentu i utracie własności oczyszczania.
Parametry kolumn osuszania (szt. 2): biogaz surowy o składzie jak po Bloku A
Wlot do kolumny osuszania:
- natężenie przepływu 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
≤ 0,05 [bar]
- temperatura
38÷40 [°C]
Wylot z kolumny osuszania:
- natężenie przepływu
10 [Nm3/h]
- ciśnienie pomniejszone o spadek ciśnienia
<0,003 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [°C]
- biogaz pozbawiony wilgoci do wilgotności bezwzględnej
1 [g/Nm3]
Kolumna osuszania biogazu surowego z pary wodnej na złożu zeolitów (sit molekularnych) (szt.
2)
V = 150 [dm3]
- objętość kolumny
- średnica wewnętrzna kolumny
Dw = 400 [mm]
- wysokość kolumny
Hkol = 1200 [mm]
- wysokość złoża
Hzłoż = 800 [mm]
- objętość wypełnienia
V = 100 [dm3]
- masa wypełnienia
ok. 75 [kg]
- spadek ciśnienia
0,003 [bar]
Kolumna posiada funkcję zapełniania i opróżniania złoża z zabezpieczeniem przed porywaniem
cząstek przez płynący biogaz. Pomiar różnicy spadku ciśnień wlotu i wylotu biogazu.
Podłączenie kolumny do instalacji rozłączne, umożliwiające podłączenie kolumny w Bloku I
regeneracji.
Konstrukcja odporna na temperaturę powietrza regenerującego złoże wynoszącą 200÷300 [°C].
Przyrządy pomiarowe zabezpieczone przed temperaturą.
Parametry kolumn odsiarczania (szt. 2): biogaz surowy o składzie jak po Bloku A pozbawiony
wilgoci do wilgotności bezwzględnej 1 [g/Nm3]
Wlot do kolumny odsiarczania
- natężenie przepływu 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
< 0,05 [bar]
- temperatura
38÷40 [°C]
Wylot z kolumny odsiarczania
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 4
- ciśnienie wlotu pomniejszone o spadek ciśnienia
< 0,003 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [°C]
- ilość siarkowodoru H2S
< 7 [mg H2S/Nm3]
- bez innych zanieczyszczeń
Kolumna odsiarczania biogazu surowego z siarkowodoru o odpowiednim złożu adsorpcyjnym
(szt. 2)
V = 85 [dm3]
- objętość aparatu
- średnica wewnętrzna kolumny
Dw = 300 [mm]
- wysokość kolumny
Hkol = 800 [mm]
- objętość wypełnienia
Vw = 60 [dm3]
- masa wypełnienia
ok. 55 [kg]
- spadek ciśnienia
ok. 0,003 [bar]
Kolumna posiada funkcję zapełniania i opróżniania złoża z zabezpieczeniem porywania cząstek
przez płynący biogaz. Pomiar różnicy spadku ciśnienia w kolumnie mierzony między wlotem i
wylotem.
Kolumny osuszające i odsiarczające oraz urządzenia i aparatura pomiarowa muszą być
dopuszczone do biogazu, spełniać dyrektywy ATEX i odporność na agresywność medium.
2.5 Blok C Przygotowanie biogazu do separacji membranowej (Rys. MIM 05.00)
W Bloku C biogaz surowy osuszony i oczyszczony z siarkowodoru jest przygotowywany do
separacji membranowej, tzn. parametry: ciśnienie, temperatura, wydatek.
W instalacji istnieje opcja wzbogacenia biogazu surowego biogazem wzbogaconym (CH4 85÷92
[%mol]) nawet to 98% metanu (po separacji) - wlot poz. 5 Rys. MIM 05.00 - przez poprawę
jakości biogazu surowego.
Analizator biogazu mierzy zawartość CH4, H2S, CO2 określając skład. Biogaz sprężany jest
sprężarką do ciśnienia 8 [bar] a następnie dokładnie filtrowany (szczególnie ważne jest
oczyszczenie biogazu z zanieczyszczeń olejowych bardzo niebezpiecznych dla membran
separacyjnych).
Tak przygotowany biogaz surowy w ilości 4 [Nm3/h] jest komponentem biogazu do zasilania
agregatu prądotwórczego.
Pozostała ilość 6 [Nm3/h] jest ogrzewana w wymienniku do temperatury 38÷40 [°C] i płynie do
Bloku D separacji membranowej.
Parametry Bloku C:
Wlot - biogaz surowy, oczyszczony, bez H2S
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
< 0,05 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [°C]
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 5
Skład biogazu do pomiaru stężenia
Wlot - biogaz wzbogacony
- wydatek
według programu
- ciśnienie
< 0,05 [bar] - równoważone z ciśnieniem biogazu surowego
Analizator biogazu
- ciśnienie
- temperatura
< 0,05 [bar]
< 38÷40 [°C]
Sprężarka biogazu
Wlot
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
< 0,05 [bar]
- ciśnienie
- temperatura
< 38÷40 [°C]
Wylot
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
8 [bar]
- temperatura
według urządzenia
Filtr dokładny
Wlot
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
- ciśnienie
< 8 [bar]
- temperatura
według wylotu sprężarki
Zanieczyszczenia stałe, olejowe.
Pomiar spadku ciśnienia - informacja o stanie wkładu filtrującego.
Pomiar temperatury - informacja czy ogrzewać biogaz, czy chłodzić
Upust biogazu do agregatu - redukcja i stabilizacja ciśnienia do wartości ciśnienia
permeatu z membrany separacyjnej ~ 0,002 [bar].
Wydatek 4 [Nm3/h], pomiar wydatku przepływomierzem termicznym.
Wymiennik ciepła - regulacja temperatury do 38÷40[°C]
Wylot z Bloku C do Bloku D separacji membranowej:
Parametry gazu:
- wydatek biogazu
6 [Nm3/h]
- ciśnienie
8 [bar]
- temperatura
38÷40 [°C]
Biogaz oczyszczony z wilgoci, zanieczyszczeń stałych i LZO, bez H2S, bez zanieczyszczeń
olejowych.
W Bloku C urządzenia (sprężarka, filtr, wymiennik ciepła), aparatura pomiarowa, zawory muszą
być dopuszczone do biogazu, spełniać dyrektywy ATEX.
2.6 Blok E Biogaz do agregatu prądotwórczego
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 6
Blok E przygotowuje biogaz niskometanowy (CH4 < 45 [% mol]) do zastosowania do napędu
agregatu prądotwórczego, jest mieszaniną biogazu surowego 52÷71 [% mol] w ilości 4 [Nm3/h] i
biogazu permeatu z membrany M3 o zawartości CH4 < 22 [% mol] w ilości 1,5 [Nm3/h], razem
biogazu < 5,5 [Nm3/h].
Powstałą mieszaninę określa się wielkością przepływu, analizą składu, następnie spręża do
ciśnienia 20 [bar] celem zgromadzenia w zbiorniku buforowym biogazu niskometanowego.
Pobór biogazu ze zbiornika jest mierzony przepływomierzem. Nadmiar biogazu nie zużytego
przez agregat prądotwórczy i zgromadzonego w zbiorniku buforowym spala się pochodnią.
Parametry Bloku E Biogaz do agregatu prądotwórczego.
Wlot 1 biogazu surowego oczyszczonego, opcjonalnie z poprawioną jakością
- wydatek
< 4 [Nm3/h]
0,002 [bar]
- ciśnienie
- temperatura
38÷40 [oC]
- skład:
CH4
52÷71 [% mol]
CO2
26÷45 [% mol]
Wlot 2 biogazu po separacji membranowej (permeatu z membrany M3)
- wydatek
< 1,5 [Nm3/h]
- ciśnienie
0,002 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- skład:
CH4
< 22 [% mol]
Strumienie biogazu z wlotu 1 i wlotu 2 mieszane są w mikserze gazów i następnie mierzony jest
przepływ i stężenie składników biogazu.
Parametry biogazu niskometanowego po miksowaniu:
- wydatek
< 5,5 [Nm3/h]
- ciśnienie
0,002 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- skład:
CH4
< 45 [% mol]
CO2
> 55 [% mol]
Sprężarka biogazu
- wydatek
< 5,5 [Nm3/h]
- ciśnienie wyjścia (spręż.) 20 [bar]
- temperatura
< 40 [oC]
Sprężony biogaz niskometanowy gromadzony jest w zbiorniku buforowym o pojemności 200
[dm3] pod ciśnieniem < 20 [bar]. Nadmiar biogazu automatycznie uruchamia pochodnię, która
spala tę nadwyżkę.
Urządzenia, aparatura pomiarowa, sprężarka, zbiornik, zawory muszą być dopuszczone do
biogazu, spełniać dyrektyw ATEX.
2.7 Blok F Biogaz zubożony
Permeat z membran separacyjnych M1 i M2 jest ubogi w CH4 < 11 [% mol], bogaty w CO2.
Gromadząc gaz zubożony w zbiorniku buforowym i następnie przesyłając go na membranę M4
zagęszczamy maksymalnie biogaz w metan.
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 7
Parametry Bloku F Biogaz zubożony.
Wlot 1 i 2 - permeat po separacji z membran M1 i M2
- wydatek
2 razy 1,5 [Nm3/h] = 3,0 [Nm3/h]
- ciśnienie
0,002 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- skład:
CH4
< 11 [% mol]
CO2
> 89 [% mol]
Mierzony jest przepływ i stężenie składników płynącego biogazu, następnie sprężarka spręża
biogaz do parametrów:
- ciśnienie
15 [bar]
- wydatek
3,0 [Nm3/h]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
Sprężony biogaz jest filtrowany dokładnym filtrem, zatrzymującym cząsteczki stałe i olejowe.
Sprężony biogaz gromadzony w zbiorniku buforowym o pojemności 200 [dm3] pod ciśnieniem <
15 [bar], jest upuszczany do wlotu membrany M4. Wielkość strumienia biogazu jest mierzona
przepływomierzem, a ciśnienie redukowane do wartości:
- ciśnienie zredukowane
8 [bar]
- wydatek
3,0 [Nm3/h]
Urządzenia, aparatura pomiarowa, sprężarka, zbiornik, zawory muszą być dopuszczone do
biogazu, spełniać dyrektyw ATEX.
2.8
Blok G Gaz bogaty w CO2
Biogaz po separacji na membranie M4 (Permeat) jest bogaty w CO2 > 96 [% mol] i ubogi w CH4
< 4 [% mol]. Możliwe jest wykorzystanie przez wypuszczenie do atmosfery lub wpuszczenie do
składowiska (obiektu).
Parametry Bloku G Gaz bogaty w CO2.
Wlot - permeat po separacji w membranie M4
- wydatek
1,5 [Nm3/h]
- ciśnienie
0,002 [bar]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
Skład gazu (zagęszczenie CO2) mierzony jest analizatorem, przepływ mierzony
przepływomierzem termicznym. Sprężarka spręża biogaz, który gromadzony jest w zbiorniku
buforowym o parametrach:
- ciśnienie
< 12 [bar]
- wlot wydatek
< 1,5 [Nm3/h]
- skład:
CH4
< 4 [% mol]
CO2
> 96 [% mol],
z którego przy przepełnieniu upuszczany jest do atmosfery.
Możliwe jest wypuszczenie gazu bezpośrednio do atmosfery lub pompowanie do składowiska.
Przepływy mierzone są przepływomierzami.
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 8
Urządzenia, aparatura pomiarowa, sprężarka, zbiornik, zawory muszą być dopuszczone do
biogazu, spełniać dyrektyw ATEX.
2.9 Blok I Regeneracja kolumny osuszania biogazu
Kolumna osuszania biogazu po osiągnięciu zapełnienia wilgocią (przez adsorpcję wilgoci)
poddawana jest regeneracji przez przedmuch gorącym powietrzem. Powietrze zasysane z
atmosfery, sprężone sprężarką, po ogrzaniu w wymienniku ciepła tłoczone jest do regenerowanej
kolumny. Gorące powietrze powoduje w złożu odparowanie wilgoci i zostaje wydmuchane,
następnie w filtrze wykraplaczu pary zostaje zatrzymana wilgoć i zrzucona do utylizacji. Suche
powietrze jest wypuszczane do atmosfery.
Parametry Bloku I Regeneracja kolumny osuszania biogazu
Sprężarka wlot:
- ciśnienie
atmosferyczne
atmosferyczna
- wilgoć
- wydatek
25 [Nm3/h]
Sprężarka wylot:
- ciśnienie
6 [bar]
- wydatek
wg potrzeb
Wymiennik ciepła - wlot:
- ciśnienie
< 6 [bar]
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
- temperatura
atmosferyczna
Wymiennik ciepła - wylot
- ciśnienie
< 6 [bar]
- wydatek
< 10 [Nm3/h]
- temperatura
200÷300 [oC]
Po (osuszeniu) regeneracji złoża kolumny należy przeprowadzić studzenie powietrzem
o temperaturze otoczenia. Sprężarka musi mieć na wylocie filtr zatrzymujący cząstki stałe oraz
olejowe.
Urządzenia, aparatura pomiarowa w części za regenerowaną kolumną muszą być dopuszczone
do biogazu, spełniać dyrektyw ATEX.
2.9 Blok H Biogaz produkt
Biogaz po zagęszczeniu w membranach separacyjnych do stężenia CH4 85÷92 [% mol] lub
wyżej (opcja) jest produktem i jest zużywany do spalania w sieci gazowej lub do wzbogacania
biogazu surowego, aby podnieść stężenie metanu w produkcie.
Blok H spełnia funkcje rozdziału strumienia biogazu oraz pomiaru parametrów biogazu, tzn.
składu, przepływu (wydatku).
Parametry:
Wlot
7,6 [bar]
- ciśnienie
- wydatek
3 [Nm3/h]
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 9
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- stężenie
CH4
85÷92 [% mol]
reszta
CO2
lub w opcji CH4
< 98 [% mol]
Wylot do sieci gazowej
- ciśnienie
7,6 [bar]
- wydatek
3 [Nm3/h]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- stężenie
CH4
85÷92 [% mol]
CO2
reszta
Wylot do biogazu surowego
- ciśnienie zredukowane do 0,05 [bar]
- wydatek
3 [Nm3/h]
- temperatura
< 38÷40 [oC]
- stężenie
CH4 85÷92 [% mol]
CO2 reszta
Urządzenia, aparatura pomiarowa, zawory muszą być dopuszczone do biogazu, spełniać
dyrektyw ATEX.
Mobilna Instalacja Membranowa
Strona 10