איך למדוד סילוקסנים בביוגז ולהבטיח עבודה תקינה של המנוע?
איכות הביוגז אשר נכנס למנוע – הוא הגורם המוביל להצלחה של כל פרויקט ייצור חשמל, אנרגיה ירוקה.
כיצד נוצר הביוגז?
הביוגז נוצר על ידי עיכול של חומרים אורגניים בסביבה של חוסר חמצן.
סביבה של חוסר חמצן יכולה להיות במתקן אנארובי סגור ,בעל אחוז חמצן נמוך עד 0%.
בתוספת של בקטריות ייעודיות שהוכנסו לתהליך אשר "אוכלות" את החומר האורגני ובכך נוצר גז מתאן-CH4 .
מקור השם BIOGAS:
- BIO – מזון ופסולת חקלאית.
- SEWAGE – שפכים מוניציפליים לרבות שפכי בעלי חיים.
- LANDFILL – פסולת עירונית אשר מוטמנת באתרי הפסולת.
מהם מרכיבי הביוגז?
- מתאן CH4 34-85%
- פחמן דו חמצני 20-70% CO2
- תחמוצת מימן גופרתי 10-10,000ppm H2S
- סילוקסן – חומר ממשפחה של אורגניים נדיפים (VOC)
- מים רווים H2O
כיצד מייצרים חשמל מביוגז?
כיום השימוש הנפוץ ביותר הינו על ידי מנועי שריפה פנימית.
אז כמה חשמל אנחנו יכולים לייצר?
הנוסחה היא : בזרימה של 500m3/h עם ערך מתאן של 65% אנו יכולים לייצר 1,000kWh
מהן הבעיות של מנועי בעירה פנימית אשר מופעלים על ידי הביוגז?
הבעיה המרכזית היא הקורוזיה אשר נגרמת על ידי H2S ומים רווים של הביוגז . בנוסף, כתוצאה מרמה H2S גבוהה יש גם סכנה של פגיעה במרכיבים המכניים של המנוע , הפחתת אורך חיי השמן במנוע (אפילו פעם ב 200 שעות לעומת פעם ב 1,500 שעות) ופגיעה במחליפי החום.
לכן, חשוב להשתמש במתקן סילוק גופרית.
כיצד סילוקסן פוגע במנוע?
בזמן השריפה של הביוגז במנוע, הסילוקסן מתווסף אל הפיסטונים, ראשי המנוע והצילינדרים. .
כתוצאה מכך השריפה לא תהיה יעילה. טמפרטורת המנוע תעלה ואז כדאי לשמור עליו (במקרה הטוב) המפעיל יאלץ להוריד את ההספק שלו מה שיגרום להפקת חשמל נמוכה והפסד כלכלי.
מה עושים היום?
עד היום השיטה הייתה לקחת דגימת שמן – בודקים כמה סיליקה יש בשמן המנוע ואז לפי זה קובעים את האינדקס Sib אשר חייב להיות קטן מ 0.02 .
לאחר מכן, לוקחים את דוגמת הפחם ושולחים אותה למעבדה לצורך ביצוע אנליזה. בחלק מהמקרים האנליזה מתבצעת בחו"ל .
השיטות האלו מיושנות ואינן מדויקות. הן לוקחות זמן ועולות כסף רב במצטבר.
החיסרון הנוסף והקריטי ביותר הוא שמקבלים מידע מהעבר ולא מה קורה כרגע, בזמן אמת בתהליך.
לכן, יכול להיות מצב בו עשינו בדיקה כאשר המנוע כבר ניזוק וכמות נכבדת של סילוקסנים כבר הצטברה בו .
היום, ניתן למדוד את רמת הסיליקה און-ליין בפאזה הגזית ולדעת בזמן אמת כמה סיליקה נכנסה לתוך המנוע.
אז מהו הפתרון?
שימוש באנלייזר לסילוקסנים אשר מציג למפעיל האם יש תקלה בפחם (הפחם משמש לסילוק הסילוקסנים) .
באופן זה , ניתן לדעת מתי בדיוק והאם צריך להחליף את הפחם .
בעזרת המכשיר אנחנו מבצעים מדידה בזמן אמת – באופן רציף ובכך יכולים לבקר על התהליך , לעבד את הנתונים ולשמור אותם לאורך זמן.
- השיטה היעילה והמקובלת להורדת סילוקסנים בביוגז הינה השימוש במכלים אשר מכילים פחם שסופח את הסילוקסנים.
אולם, ישנה חשיבות רבה לדעת ברגע הנכון מתי יש צורך להחליף את הפחם.
מכאן חשיבותו של התקנת האנלייזר הרציף.
להסתמך בניסיונות העבר של תקופת החלפת הפחם ולהתבסס בנתונים מהעבר של כמה זמן החזיק הפחם באותה תקופה זה כלל לא יעיל ולא מקצועי.
לאנלייזר יש 2 מטרות עיקריות:
- זיהוי תקלה או התיישנות החומר הסופח -הפחם : רגע אחד לפני שמתחילה להיות חדירה וזליגה של הסילוקסאנים למנוע.
- מתן מידע אמיתי למפעיל – האם ניתן להאריך את אורך חיי הפחם באופן מקסימלי. כלומר, להמשיך ולהשתמש בחומר ללא החלפתו טרם הגיע הזמן.
מסקנה: האלייזר מאפשר חסכון בעלות הפחם =חסכון כספי
היכן להתקין ולמקם את האנלייזר?
האנלייזר מאפשר מדידה ב 3 נקודות :
- לפני מיכל פחם ראשון – ממתקן אנארובי.
- אחרי מיכל פחם ראשון.
- אחרי מיכל פחם שני – לפני הכניסה למנוע.
היתרון של אנלייזר הרציף :
מצד אחד, הארכת אורך חיי הפחם אשר חוסכת כסף.
ומצד שני, החלפת הפחם בזמן הנכון מונע חדירת הסילוקסנים לתוך המנוע אשר יכולים לגרום לנזק בחלקי המנוע (ראש מנוע, פלאגים ושמן).
האנלייזר מאפשר אופטימיזציה של התהליך והבטחת ניצולת מרבית של הפחם.
המדידה מאפשרת יעילות כספית גבוהה אשר באה לידי ביטוי בתדירות החלפת הפחם בזמן המתאים ביותר.
הנתונים יראו מבעוד מועד כיצד משתנה ספיחת הסילוקסן בפחם ותוכל לתת התראה על כך כאשר יעילות הסילוק מתחילה לרדת.
לפניכם 2 גראפים אשר מראים את תוצאות אגירת הנתונים של האנלייזרים כאשר יש מיכל ( פילטר) פחם אחד או שניים.
המפעיל תכנן את מועד החלפת כל פילטר באופן האופטימלי תוך ניצול יעיל של החומר.
תצוגת האנלייזר לסילוקסנים מציגה את סה"כ הערך הנמדד, אגירה,משמירה ותצוגה של היסטוריית המדידה.
למעט סילוקסנים, גם הגופרית H2S חייבת להיות מטופלת לפני כניסה למנוע.
מהם רמות H2S המותרות לכניסה למנוע?
- עד 500mg/10 kWh – טיפול רגיל למנוע.
- עד 2,000mg/10 kWh – יש צורך לבצע טיפול למנוע כולל החלפת חלקים.
- מעל 2,000mg/10kWh – אסור להפעיל את המנוע ויש להשתמש במתקנים לסילוק H2S .
יש להקפיד לשמור על טמפרטורה של הביוגז למנוע עד לערך של 40 מעלות צלסיוס ובלחות יחסית של עד 80%.
כיצד מטפלים? מהם השיטות לטיפול בביוגז?
- הטיפול במים רווים , לחות וטמפרטורת הגז על ידי קירור הגז לטמפ' של 4-5 מעלות , עיבוי כל המים מהגז החוצה והזרמה שלו בחזרה.
- סילוק גופרית H2S מתבצע על ידי תהליך ביולוגי – פילטר ביולוגי. אשר מורכב מאבני טוף או חתיכות פלסטיק שמונחות בקולונה. מיקרואורגניזמים מוזרמים מלמעלה . הגז מוזרם מלמטה וברגע שהם נפגשים מתבצע סילוק של הגופרית. ניתן להגיע להפחתה מ 6000ppm ועד ל 100ppm אחרי הטיפול.
- סילוק סילוקסן – שימוש באנלייזר סילוקסן כמתואר במאמר.
דוגמאות להתקנות האנלייזר למדידה רציפה של סילוקסנים בביוגז
