Simulation of H2S Removal from Biogas Using Aspen Plus

Abstract

Biogass er en forbybar energikilde og kan brukes som en substitutt til naturgass. Biogass må renses før den kan oppgraderes til biometan. Komponenter som kan gjøre skade på prosessutstyret, som for eksempel hydrogen sulfid (H2S), må fjernes enten før eller samtidig med karbondioksid (CO2). Flere teknikker kan brukes for å fjerne H2S, og valget avhenger av forskjellige faktorer som mengde biogass, innhold og ønsket renhet, som ofte blir satt slik at de møter landets restriksjoner eller spesifikasjoner på utstyret. Både vannskrubbing og aminskrubbing er mye brukte metoder, og disse metodene er undersøkt nærmere i denne oppgaven. Metyldietanolamin (MDEA) ble brukt som amin i simuleringene for aminskrubbing. Hovedmålet var å rense biogassen til et maksimalt H2S-innhold på 5 ppm. Aspen Plus ble brukt til å utføre simuleringer i begge tilfellene, og en damp-væske likevekt (VLE) validering ble gjennommført for å for å sikre at Aspen Plus forutsier nøyaktige resultater. Alle simuleringene ble utført med rate-baserte beregninger i henholdsvis absorber og desorber. Valideringen viste at løseligheten av H2S i vann hadde et avvik på 4 % fra litteraturdata i loadingen og 3 % i totaltrykk ved 45 °C. Løseligheten av H2S i vandig MDEA hadde et gjennomsnittlig avvik på 19-32 % i loadingen og 68-137 % i partialtrykk av H2S. Effekten av en gass-resirkulering ble også undersøkt, og viste at metantapet kunne reduseres fra 3,1 til 0,03 %.

I denne oppgaven ble absorpsjonsevnen til vannskrubbbing og aminskrubbing sammenlignet, hovedsaklig basert på renhetskrav og energibehov. Det ble i hovedsak simulert tre forskjellige caser for vannskrubbing og en for aminskrubbing. Innholdet i biogassen ble spesifisert likt i alle casene, og den rensede gassen ble komprimert til 8 bar i aminskrubbing for å ha samme utgangstrykk som i vannskrubbing. Dette ble gjort for å få sammenlignbare resultater til energianalysen. Resultatene fra simuleringene viste at det var mulig å oppnå kravet om et maksimalt H2S-innhold på 5 ppm ved flere av teknikkene.

Det ble oppdaget at absorpsjonen av CO2 hadde en høyere innvirkning på absorpsjon av H2S enn forventet i aminskrubbing systemet. Dette kan skyldes den høye dannelsen av bikarbonat i prosessen. CO2-innholdet i biogassen kan også ha vært for høyt til å oppnå en selektiv absorbsjon av H2S. Det ble ikke utført noen kostnadsanalyse i dette arbeidet.