Usuwanie kwaśnego gazu

Ziemia jest intrygującym domem dla ludzkości. Z jednej strony dostarcza obfitości jedzenia i surowców, z drugiej strony niszczycielsko trzęsie swoimi uskokami i wyrzuca stopioną lawę z aktywnych wulkanów. Chociaż jednocześnie jest opiekuńcza i groźna, ta planeta nigdy nie zdołała unicestwić ludzi. Jednym z powodów jest pomysłowość, ta unikalna zdolność homo sapiens do rozwiązywania problemów poprzez innowacje. Poznajemy moc spalania do wytwarzania energii elektrycznej, ale musimy chronić się przed truciznami, które mieszają się z surowcami, które spalamy. Wkracza nowa technologia usuwania i zarządzania kwaśnym gazem.

Czym jest kwaśny gaz?

Mówiąc bardzo ściśle, kwaśny gaz to dowolny związek gazowy, który po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwaśny roztwór. Chociaż istnieje wiele rodzajów kwaśnego gazu, najbardziej wszechobecne to dwutlenek węgla (CO₂) i siarkowodór (H₂S). Te substancje chemiczne często występują w złożach gazu ziemnego, jednak uniemożliwiają jego użytkowanie. Są nie tylko toksyczne dla ludzi, ale także żrące dla rur i zbiorników, powodując korozję i czasem nieodwracalne uszkodzenia. Nie trzeba dodawać, że zarządzanie tymi substancjami i ich usuwanie jest rygorystycznie regulowane zarówno ze względu na zdrowie publiczne, jak i ochronę środowiska.

Jak bardzo szkodliwe są H₂S i CO₂?

Dwutlenek węgla, choć niezbędny do życia, jest jednak przyczyną zanieczyszczenia atmosfery, gdy uwalniany jest w dużych ilościach. Istnieje jednak inny problem z nadmierną ilością CO₂ — obniża on wartość opałową palnego gazu. Wartość opałowa mierzy ilość ciepła, jaką faktycznie wytwarza spalanie paliwa. Gdy stężenie CO₂ jest wyższe, wartość opałowa spada. Siarkowodór jest niebezpieczną toksyną dla ludzi. W zależności od gęstości nagromadzenia może powodować zawroty głowy i problemy z oddychaniem – na jednym końcu spektrum objawów – lub drgawki i śmierć w skrajnych przypadkach. Amerykańskie Centra Kontroli Chorób ostrzegają, że długotrwała ekspozycja na H₂S prowadzi do najgorszych skutków. Dobrze udokumentowane jest pękanie, pęcznienie i korozja wytrzymałych metali przez ten żrący i bardzo łatwopalny kwaśny gaz. Dlatego gaz ziemny nie może być transportowany na duże odległości, dopóki H₂S nie zostanie usunięty.

Jak odbywa się usuwanie?

Usuwanie siarkowodoru oraz innych składników kwaśnego gazu wymaga kontaktu związku z rozpuszczalnikami chemicznymi, rozpuszczalnikami fizycznymi lub ich kombinacją. Rozpuszczalniki te zajmują kolumnę absorpcyjną jednostki do usuwania kwaśnego gazu. Gdy kwaśny gaz — czasem nazywany „kwaśnym gazem” (sour gas) — przepływa przez kolumnę, jego molekuły są przyciągane do molekuł w ciekłych rozpuszczalnikach, a tym samym są usuwane ze strumienia gazu ziemnego.

Czy działa tak samo w przypadku biogazu?

W przeciwieństwie do gazu ziemnego, biogaz nie jest paliwem kopalnym. Zamiast tego biogaz powstaje w wyniku rozkładu i fermentacji materii organicznej — martwych liści lub zwierząt, odpadów spożywczych, obornika, ścieków itp. Proces fermentacji beztlenowej umożliwia efektywne pozyskiwanie metanu z biogazu. Z kolei metan (CH₄) jest palny i wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej. Podobnie jak w przypadku gazu ziemnego, H₂S występuje w biogazie w stężeniach do 1000 PPM. Dla efektywnej pracy silników spalinowych ta gęstość musi spaść do maksymalnie 100 PPM. Stąd usuwanie H₂S z biogazu jest tak samo konieczne, jak usuwanie H₂S z gazu ziemnego. Poprzez wstrzykiwanie małych dawek tlenu do zawartości komory fermentacyjnej, technicy umożliwiają powstawanie mikroorganizmów, które skutecznie utleniają siarczek. W międzyczasie chlorek żelaza jest dodawany do substratu, aby stworzyć sól siarczku żelaza. W ten sposób technicy redukują obecność H₂S do około 10 PPM. Usuwanie i neutralizacja siarkowodoru jest często nazywana odsiarczaniem H₂S. Innym takim absorbentem jest węgiel aktywny, substancja przypominająca węgiel drzewny, która ma wysoką zdolność do mikroporowatości, tzn. bardzo małe pory, zapraszają do adhezji H₂S do swoich powierzchni.