Ile biometanu mieści się w MEGC? Rzeczywiste liczby przy 250 barach

To pierwsze pytanie, jakie zadaje sobie każda biogazownia i najtrudniej na nie odpowiedzieć. Broszury podają pojemność wody w litrach, co nie mówi nic o ilości faktycznie dostarczonego gazu. Niektórzy dostawcy podają Nm3 w warunkach, których nie podają. Inni podają kilogramy, nie podając składu gazu.

Oto rzeczywiste wartości, obliczone przy użyciu równania stanu gazu rzeczywistego o jakości referencyjnej, a nie prawa gazu doskonałego — ponieważ dla podanego współczynnika Z = 0,8406 model gazu doskonałego zaniża ilość gazu o około 16%.

Podstawa

Wszystkie poniższe liczby zakładają, że biometan zawiera 97% CH₄, 1,5% CO₂, 1,5% N₂ – typowy wynik uzdatniania biogazu metodą membranową lub aminową. Nm3 odnoszą się do 0°C i 1,01325 bara.

Właściwość	Wartość
Gęstość, 0°C / 1,01325 bara	0,7443 kg/Nm3
Gęstość, 250 barów / 15°C	206,58 kg/m3 (Z = 0,8406)
Gęstość, 250 barów / 35°C	184,73 kg/m3
Dolna wartość opałowa (LHV)	9,666 kWh/Nm3

LHV i HHV — dlaczego ten sam gaz ma dwie wartości energii

Spalanie metanu powoduje powstawanie dwutlenku węgla i wody. Woda opuszcza palnik w postaci pary i niesie ze sobą znaczną ilość ciepła utajonego. Niezależnie od tego, czy policzysz, że ciepło jest całkowitą różnicą między dwiema liczbami, które zobaczysz w cytacie:

• Wartość opałowa (LHV), nazywana także dolną wartością opałową, uwzględnia ciepło spalania bez odzysku ciepła skraplania pary wodnej ze spalin. Właśnie to zapewnia silnik, turbina gazowa lub konwencjonalny kocioł, ponieważ ich spaliny są o wiele za gorące, aby woda mogła się skroplić. Dla tej kompozycji: 9,666 kWh/Nm3.
• Wyższa wartość opałowa (HHV), zwana także wartością opałową brutto, zakłada, że ​​spaliny są schładzane do czasu, aż para skondensuje się z powrotem do postaci cieczy, uwalniając również utajone ciepło. Dla tej kompozycji: około 10,72 kWh/Nm3 — o około 11% więcej.

Identyczny gaz, identyczne cząsteczki, identyczny pojemnik. Jedyną różnicą jest wybór rachunkowy dotyczący wody.

Z tego też powodu kocioł kondensacyjny może być reklamowany ze sprawnością przekraczającą 100%: odzyskuje część ciepła utajonego, dzięki czemu dostarcza więcej niż LHV, dla którego zmierzono jego ocenę. Nic nie jest tworzone — dodatek zawsze znajdował się w paliwie, ale nie w liczbie LHV.

Podstawa obliczeń. W tym artykule energię podajemy według wartości opałowej (LHV). W umowie należy sprawdzić, czy rozliczenie opiera się na LHV czy na cieple spalania (HHV), oraz jakie warunki odniesienia przyjęto. Nie należy porównywać wartości energii obliczonych na różnych podstawach.

Praktyczna konsekwencja: jeśli wydajność dostawcy wygląda o około jedną dziesiątą lepiej niż nasza, sprawdź, z jakiej podstawy skorzystał, zanim stwierdzisz, że jego kontener jest większy. Zwykle tak nie jest.

Przy tych samych ciśnieniu, temperaturze i objętości ilość gazu jest odwrotnie proporcjonalna do współczynnika ściśliwości Z. Dla Z = 0,8406 wynosi 1/Z ≈ 1,19 wartości wynikającej z modelu gazu doskonałego, czyli około 19% więcej. Model idealny zaniża zatem tę ilość o około 16%.

Na cylinder

Pojedyncza butla kompozytowa typu 4 o pojemności 1666 litrów przy ciśnieniu 250 barów i temperaturze 15°C:

	Wartość
Masa gazowa	344,2 kg
Objętość	462,4 Nm3
Zawartość energii	4,47 MWh

Na pojemnik

To są standardy Kontener transportowy MEGC konfiguracje.

Konfiguracja	Cylindry	Pojemność wodna	Masa	Objętość	Energia
20 stóp HC	11 × 1666 l	18 326 litrów	3786 kg	5086 Nm3	49,2 MWh
40 stóp STD	18 × 1666 l	29 988 litrów	6196 kg	8323 Nm3	80,4 MWh
40 stóp HC	22 × 1666 l	36 652 l	7572 kg	10173 Nm3	98,3 MWh

Wszystko przy ustalonym ciśnieniu 250 barów, 15°C, bez pozostałości, która musi pozostać w cylindrach – patrz poniżej.

Uwaga dotycząca kontenera 40-stopowego HC z 22 butlami: przy pełnym napełnieniu zestaw pojazdów pozostaje poniżej 44 ton. To mieści się w limicie dopuszczonym zezwoleniem na 44 tony, ale nadal przekracza standardową kombinację 40 ton. Wcześniejsze wersje tej ramy były cięższe i pozostawiały bardzo mały margines; obecna konstrukcja jest o około 1300 kg lżejsza i właśnie to ją tworzy.

Jeśli operujesz z limitem 40 ton, ta konfiguracja nie jest dla Ciebie, a dostawca, który wycenia ją w przypadku standardowego transportu drogowego, nie podnosząc tematu, nie wykonał tej sumy.

Co faktycznie dostarczasz: odejmij resztę

Nigdy nie opróżniasz pojemnika i nie wolno ci tego robić. Po zakończeniu rozładunku w butlach musi pozostać minimalne ciśnienie resztkowe, tak aby system nigdy nie spadł do poziomu otoczenia i zasysał powietrze i wilgoć z powrotem do butli posiadającej certyfikat dla suchego gazu.

Wymaganie jest zależne od temperatury:

Temperatura otoczenia	Minimalne ciśnienie resztkowe
Powyżej +1°C	10 barów
W temperaturze +1°C lub poniżej	20 barów

Pozostałość to gaz, za którego sprężenie zapłaciłeś, który przewiozłeś do odbiorcy i który zabierasz z powrotem. Nie jest to błąd zaokrągleń, a zimą podwaja się:

Konfiguracja	Załadowany	Możliwość dostawy powyżej +1°C	Możliwość dostawy w temperaturze +1°C lub niższej
20 stóp HC	3786 kg / 49,2 MWh	3656 kg / 47,5 MWh	3507 kg / 45,6 MWh
40 stóp STD	6196 kg / 80,4 MWh	5984 kg / 77,6 MWh	5739 kg / 74,5 MWh
40 stóp HC	7572 kg / 98,3 MWh	7312 kg / 94,9 MWh	7013 kg / 91,0 MWh

Proporcje są takie same dla każdej konfiguracji, ponieważ resztki skalują się przy pojemności wodnej dokładnie tak, jak robi to ładunek: 3,4% masy ładunku powyżej +1°C, 7,4% na poziomie lub poniżej.

Następują dwie rzeczy.

Podaj ilość dostarczaną, a nie ilość załadowaną. Jeśli umowa na odbiór jest spisana w oparciu o wielkość ładunku, przy każdej dostawie przez całą zimę brakuje Ci czterech procent ładunku. Jest to spór, który czeka, aż się wydarzy, i którego można całkowicie uniknąć na etapie sporządzania umowy.

Zima ciągnie w obie strony. Zimny ​​gaz jest gęstszy, więc pojemnik napełniony w temperaturze 0°C nabiera tempa więcej niż wartość 15°C w powyższej tabeli – ale zapotrzebowanie resztkowe również się podwaja, więc więcej pozostaje w tyle. Obydwa efekty częściowo się znoszą. Nie zakładaj żadnego z nich osobno; uruchom oba w odniesieniu do rzeczywistego zasięgu otoczenia.

Problem z temperaturą, o którym nikt nie wspomina

To tutaj większość rzeczywistych instalacji traci więcej mocy, niż się spodziewa.

Daje to napełnienie do 250 barów gazem o temperaturze 35°C zamiast 15°C 10,58% mniej gazu. To samo ciśnienie na manometrze, ten sam pojemnik, o jedną dziesiątą mniej produktu na ciężarówce.

Temperatura gazu przy 250 barach	20 stóp HC (11 cylindrów)	40 stóp STD (18 cylindrów)
15°C	3786 kg / 49,2 MWh	6196 kg / 80,4 MWh
35°C	3385 kg / 44,0 MWh	5540 kg / 71,9 MWh

Liczba 10,58% jest zasadniczo niezależna od składu — zmienia się o mniej niż 0,01 punktu procentowego w zakresie 95–100% CH₄ — zatem ma zastosowanie do gazu, niezależnie od technologii uszlachetniania.

Kompresja podgrzewa gaz. Bez agregatu chłodniczego na wylocie sprężarki, napełnianie latem w temperaturze 30–40°C jest normalne i nie wyjątkowe. Zakładom, które dostosowują swoją logistykę do wartości na tabliczce znamionowej, a następnie uruchamiają flotę w lipcu, brakuje im jednej ciężarówki.

Kompensacja temperatury

Rozwiązanie polega na lekkim przepełnieniu, tak aby ładunek osiągnął tę samą masę po ostygnięciu:

Temperatura gazu	Ciśnienie napełniania dla równoważnej masy
15°C	250 barów
35°C	292 bary
40°C	303 bary
50°C	324 bary
65°C	355 barów

Przybliżenie liniowe 250 + (T - 15) × 2,11 bara ma dokładność do ± 0,3 bara w temperaturze od 15 do 50 ° C.

Dwa twarde ograniczenia:

1. Pułap regulacyjny wynosi 1,25 × ciśnienie robocze — 312,5 bara dla butli 250 barów. Pełną kompensację można zatem osiągnąć w temperaturze 35°C. To jest nie osiągalne w temperaturze 50°C lub wyższej. Każda tabela, która pokazuje, że 312 barów jest „równoważnikiem” temperatury 65°C, myli górny limit regulacyjny z fizycznym odpowiednikiem.
2. Twój kompresor musi sobie z tym poradzić. Jednostka o ciśnieniu tłoczenia 250 barów w ogóle nie jest w stanie tego skompensować. W praktyce duża część istniejących stacji nie może zastosować tej techniki bez modernizacji sprężarki — co jest uzasadnionym powodem, aby zamiast tego wybrać większy kontener.

Kontrakt w MWh, a nie kilogramach

Punkt końcowy, który kosztował ludzi prawdziwe pieniądze.

Jeśli umowa odbioru gwarantuje dostarczoną masę w kilogramach, czystszy gaz działa na Twoją niekorzyść. Zwiększ zawartość metanu z 97% do 99%, a gęstość spadnie – dostarczasz mniej kilogramów, ale więcej energii. Klient otrzymuje lepszy produkt, a w umowie jest napisane, że osiągnąłeś gorsze wyniki.

Podaj wydajność w MWh lub w Nm3 przy podanym składzie. Tak czy inaczej jest to ta sama liczba cząsteczek, która usuwa całą kategorię sporu.

Rozpracowanie własnej sprawy

Powyższe liczby dotyczą butli o pojemności 1666 l stosowanych w naszych pojazdach zakres kontenerów. Jeśli Twoja konfiguracja jest inna – inna objętość butli, liczba, ciśnienie robocze lub gaz inny niż biometan – zmieniają się arytmetyka, a wraz z nią zmienia się współczynnik ściśliwości.

Wyślij nam dane wyjściowe swojej instalacji, trasę i warunki napełniania, a my prześlemy dane dotyczące ładunku w Twoim przypadku, obliczone na tej samej podstawie, co w tym artykule. Jeśli nadal wybierasz pomiędzy rozmiarami, Porównanie 20 stóp i 40 stóp obejmuje miejsce, w którym faktycznie leży różnica w kosztach.

Poproś o obliczenie wydajności →