Száraz fermentáló tervezése

A laboratóriumi vizsgálatok alapján a biogáz-egység első közelítésben megtervezhető. A lépték-növelés általában azzal jár, hogy a laboratóriumi mérésekhez képest a félüzemi, ill.

üzemi körülmények között jobb eredmények érhetők el. Ez vonatkozik a tartózkodási időre is.

A települési szilárd hulladék biofrakcióját, a szennyvíziszapot és a zöld hulladékot száraz fermentálással kezeljük a biogáz kinyerése érdekében. A fermentálás melléktermékeként megjelenő fermentátot (biomasszát) például a mezőgazdaságban hasznosíthatjuk talajerő pótlásra.

A termofil és mezofil szakaszos, száraz fermentálású biogáz-üzem táblázatos formában látható.

A fejlesztés során megvalósítandó száraz fermentációs technológia lényege, hogy a hulladék szárazon, azaz a természetes nedvességtartalmához közelálló nedvességtartalom mellett egylépcsős szakaszos reaktoros fermentálásra kerül.

A termofil hőmérsékletű technológia magasabb gázhozamot eredményez: 9696 m³/nap rövidebb idő alatt (10 nap/ciklus), míg a mezofil technológia gázhozama 6064 m³/nap és egy ciklus átlagosan 30 napos. A termofil technológiánál magasabb üzemeltetési költségekkel lehet számolni, ezért a száraz fermentáló kiválasztásánál a gazdasági számítások eredményei lehetnek a döntőek.

62

2. táblázat: A termofil és mezofil száraz fermentálás tervezése

ÖSSZEFOGLALÁS

A kutató-fejlesztő munka során az alábbiakat állapítottuk meg:

 A statikus berendezésben végzett kísérleteknél megállapítható, hogy mindkét mintasorozat esetében a legmagasabb fajlagos biogáz-leadó képessége a települési szilárd hulladék mintáknak volt. .

 A folyamatos keverésű bioreaktorban a termofil hőmérsékleten 32 napos tartózkodási idő alatt 162 l/kg hulladék, mezofil hőmérsékleti tartományban 39 napos tartózkodási idő után 82 l/kg hulladék biogáz képződött.

 Az elvégzett kísérletek alapján megtervezésre került egy 20000 t/év kapacitású biogáz-üzem száraz fermentálóval termofil és mezofil hőmérséklet tartományban.

 A termofil technológiájú száraz fermentáló hatásosabbnak bizonyul, azonban a gazdasági számítások befolyásolják a végső döntést.

 A biogáz a megújuló energiaforrás, tehát a kifejlesztett rendszer a fenntartható fejlődés, valamint a fenntartható környezet kialakításához számottevően hozzájárul.

Jellemző Termofil technológia Mezofil technológia Megjegyzés

Éves kapacitás t/év 20000 20000 Sűrűség: 0,6t/m³

Biogáz ciklusonkéntm³/nap 9696 6064

Biogáz ciklusonként

m³/óra 485 303 20 óra/nap

Energia MJ/h 9700 4242 14…29 MJ/m³

Energia MJ/s 2,7 1,18

Energia kW 1212,5 530,25 η=45%

63 FELHASZNÁLT IRODALOM

[1] BOKÁNYI L., VARGA T., Digitális tananyag, Hulladékgazdálkodás, 6.3 Biológiai eljárások c fejezet, 6.3.2. Hulladékok kezelése anaerob eljárásokkal c. alfejezet, www.hulladekonline.hu.

[2] CSŐKE B., ALEXA L., OLESSÁK D., FERENCZ K., BOKÁNYI L.,Mechanikai-biológiai hulladékkezelés kézikönyve, Profikomp könyvek, Global Kiadó, 2006, Gödöllő [3] SOLTÉSZ B., Biogáz-üzem tervezése települési szilárd hulladék-maradék frakció, valamint szennyvíziszap komplex hasznosításához,Diplomamunka (konzulensek: Dr.

Bokányi Ljudmilla és Varga Terézia Erzsébet), Miskolc, 2011

[4] VARGA T., BOKÁNYI L., Optimisation of Aerobic-Anaerobic Treatments of Municipal Solid Wastes, Micro CAD International ScientificConference, ISBN 978-963-661-812-4Ö; ISBN 978-963-661-813-1, Miskolc, p. 107-112, 2008

[5] BOKÁNYI L., VARGA T.: Kutatási zárójelentés- A Felső-Bácskai Hulladékgazdálkodási Kft. biohulladékainak biogáz –leadó képességének vizsgálata, Miskolc, 2011

64

MODELL ALAPÚ GÁZHIDRÁT MENTESÍTÉS MODEL-BASED GAS HYDRATE RELEASING

BÖLKÉNY Ildikó

tudományos s. munkatárs

Miskolci Egyetem Alkalmazott Földtudományi Kutatóintézet Műszerfejlesztési és Informatikai Osztály bolkeny@afki.hu

Kivonat: A gázhidrátok komoly veszélyt jelentenek a gáztermelő kutakban, a csővezetéki rendszerekben, és a gázfeldolgozó technológiákon, mert a gázhidrát kristályok kialakulása a gáztermelési technológia költségét jelentősen megnöveli, és a kristályok agglomerációjának és a méretek növekedésének köszönhetően a csővezeték akár teljes keresztmetszetben eltömődhet. A gázszállító csővezeték megtisztítása és a technológia újraindítása újabb komoly költségnövelő hatású, ezért a gáztermelésnél szükségszerűen használnak a hidrát kialakulását gátló anyagokat – inhibitorokat – a hidrátosodás megakadályozása érdekében. A inhibitor automatikus, szabályozott adagolásához szükséges az adott kút hidrátosodási görbéje. A cikk ezen görbe matematikai modelljével foglalkozik, továbbá előrevetíti a modell felhasználásával megvalósítható szabályozási lehetőségeket.

Kulcsszavak: gázhidrát, gázipar, modellezés, előrejelzés

Abstract: Gas hydrates can cause serious problems in gas producing wells, pipeline systems and gas processing technologies, so in oil- and gas industry. During the production of gas, when the ingredients present and the conditions are enabled, hydrate crystals are formed in the pipeline. The number of hydrate molecules can be raised, which can foul with each other so agglomeration presents, it can cause plug in the section of pipeline. In worst case the hydrate plug can effect production outages which results loss of money for the maintainer or in other cases “just” decrease in production. There is more preventive technology to apply against the formation of hydrate. In practice of gas industry one of the most popular solutions is the usage of thermodynamic inhibitors (THI) for a long time. Gas hydrate phase limit curve is necessary to use a controlled inhibitor dosing. The main aim of this paper is about the mathematical background of that curve.

Keywords: gas hydrate, gas industry, modeling, forecast

1. BEVEZETÉS

Az olaj és gáziparban a termelési folyamatok során a termeléshez tartozó nyomáson és hőmérsékleten gázhidrátok alakulhatnak ki, és ezek a gázhidrátok a csővezetéki rendszerben megakadályozzák a fluidum áramlást. Az olaj és gáztermelési technológiákon a kezdetektől fogva ismertek azok a módszerek, amelyek segítségével ezeknek a gázhidrátoknak a kialakulását vagy a kialakult gázhidrátnak az agglomerációját megakadályozzák.

A gázhidrát szilárd halmazállapotú szemcsés anyag, amely hóra vagy jégre hasonlít és vízből, valamint meghatározott, úgynevezett hidrátképző gáz molekuláiból áll. A hidrátképző gáz molekulái a H2O-nak a jégénél tágabb kristályrácsába beépülnek anélkül, hogy kémiai kötés jönne létre. A gázhidrát kialakulásának elsődleges kiváltó okai között szerepel, hogy a gáz vízgőzharmatpontján, vagy az alatti hőmérsékleten kell lennie szabadvíz jelenléte mellett, valamint az adott gázösszetétel és gáznyomás esetén a gáz hőmérsékletének kisebbnek kell lennie a hidrátképződés határhőmérsékleténél. Továbbá másodlagos kiváltó okok vagy katalizáló tényezők lehetnek a nagy áramlási sebesség, a nyomás pulzálások, bármi féle külső-belső hatással létrejövő keveredés, turbulencia, illetve a kristályképződés elősegítő-kiváltó szilárd szemcsék jelenléte. Összességében kijelenthetjük, hogy a gázhidrát létrejöttének és fennmaradásának feltételei a következők:

65 - elegendően kicsi hőmérséklet és nagy nyomás,

- a hidrát-képző gáz kovalens vegyület, molekuláinak hossza kisebb, mint 8 Å (8x10^-10 m) és cseppfolyós állapotban nem elegyedik a vízzel,

- a gázhidrát keletkezésekor cseppfolyós halmazállapotú, víz is jelen van,

- a gázhidrát vízzel szemben ellenálló és molekulái között Van der Waals erők nem lépnek fel.

1. ábra Gázhidrát []

A hidrátok tulajdonságainak vizsgálatával kapcsolatos fontos, új eredmények: A folyékony szénhidrogének a földgázban lecsökkenti a hidrát-képződési hőmérsékletet, azaz gátolja a hidrátok kialakulását; a glikol oldatok inhibitálhatják a hidrát-képződést; a folyékony szénhidrogének és a glikol oldatok egyesített hatása nem additív, közelíti az additivitást akkor, ha a gáz-olaj arány csökken. A zavartalan üzemeltetés igen fontos előfeltétele az, hogy ismerjék a hidrát-képződés helyét és feltételeit. A hidrát-képződés helye a feltételek ismerete alapján nagy valószínűséggel előre jelezhető, illetve konkrét esetben a rendellenes nyomásadatok alapján meghatározhatók. A hidrát-képződés megelőzésének feltételei:

- a gáz megfelelő szárításával (abszorpció, adszorpció) a relatív nedvesség tartalom 100%

alá csökkentése

- a gáz hőmérsékletének emelése a hidrát-képződési érték felé

- olyan kémiai reagensek megfelelő mértékű beadagolása, amelyek gátló hatást fejtenek ki a hidrátok kialakulására

- olyan nyomáscsökkentő berendezések, eszközök használata, amelyekben végbemenő termodinamikai folyamatok nem teszik lehetővé a hidrátok kialakulását (pl.:

örvénycsövek)

- kerülni kell a hidrát-veszélyes helyeken a másodlagosan kiváltó okokat előidéző megoldásokat

- hő-veszteségek csökkentése

- hidrát-veszélyes helyeken egyedi nyomásszabályozók alkalmazása

66 A hidrát-képződés felismerésének lehetőségei:

- vezetékeldugulás (az áramlás megszűnik) - részleges dugulás (a dugulás helyén sivító hang)

- indokolatlan nyomáshullámok jelentkezése (a többé-kevésbé tömör hidrátdugó megindulása miatt)

- rendellenes nyomásveszteségek folyamatos harmatpontmérés esetén észlelt indokolatlan és viszonylag gyors harmatpont csökkenés

A már kialakult hidrátok megszüntetésének lehetőségei:

- a nyomás lecsökkentése a hidrátképződési nyomászint alá az adott hidrát tulajdonságaitól függő időtartamig (levegőztetés, lefuvatás)

- az adott szakasz felmelegítése a hidrátképződési hőmérséklet felé

- olyan vegyszeres beadagolás, amely mintegy katalizálja a hidrát elbomlás folyamatát (pl.: alkoholok, metanol)