Получение биогаза

Получение биогаза из органических отходов животноводства и растениеводства становится все более привлекательным. Выработка энергии из местных возобновляемых ресурсов развивает экономику, стимулирует новые виды деятельности. Выход биогаза из органических отходов зависит от качества сырья и от процентного содержания твердой органики в нем. Так, переработка тонны навоза крупного рогатого скота может дать 10 - 30 кубометров биометана, тонны свиного навоза - от 8 до 40 кубометров. Наиболее выгодна переработка птичьего помета, выход газа в этом случае получается наиболее высоким - от 25 до 144 кубометров из тонны сырья.

Полученный биогаз используется для сжигания в водогрейных котлах, двигателях внутреннего сгорания и теплогенераторах. Переработанную биомассу можно использовать в качестве жидкого органического удобрения, а также для изготовления концентрированных удобрений. Биогазовые установки помогут решить широкий комплекс проблем:

· переработка органических отходов сельскохозяйственного производства;

· получение тепла, электроэнергии и газа для бытовых и производственных нужд;

· производство жидких органических удобрений;

· производство экологически чистых сельскохозяйственных продуктов;

· охрана окружающей среды.

 

 

Растительная масса Земли оценивается в 1800 млрд тонн сухого вещества, которое отвечает энергетическому потенциалу 30-10 кДж. Леса составляют около 68 % биомассы суходола, травы, - 16 %, обработанная земля - 8 %. На Земле, благодаря фотосинтезу, ежегодно продуцируется 173 млрд тонн сухого вещества, что в 20 раз превышает современное использование энергии полезных ископаемых.

Почти одну седьмую часть энергии, использованную в мире, получают| из|с| биомассы. В сельской местности|местный| использование|употребление| биомассы составляет свыше 85 % энергопотребления. Часть сухой биомассы превращают в энергию благодаря сжиганию, а часть преобразуют| в энергию с помощью|посредством| метанового брожения, которое открыл| и исследовал в 1776 году ученый Вольт.

Процесс метанового брожения проходит благодаря растворению и гидролизу органических соединений, ацидогенезу| и метаногенезу|. Одни бактерии превращают органические соединения в масляную, пропионовую и молочную кислоты, следующие бактерии превращают эти кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем|а потом| метанообразующие бактерии востанавливают|восстанавливают| углекислый газ в метан с поглощением водорода|, который|какой|, в противоположном случае, может ингибировать уксуснокислые| бактерии. Установлено, что уксуснокислые| бактерии и метанообразующие| микроорганизмы|микроорганизм| образуют симбиоз, который|какой| раньше|ранее| считался единственным|единым| микробом. С биохимической точки зрения метановое «брожение» является ана­эробним| дыханием, в процессе которого|какого| электроны из|с| органических|органичных| веществ | переносятся в углекислый газ, который|какой| потом|затем| восстанавливается дометана.

Самый простой процесс метанового брожения происходит в водонепроницаемых цистернах (дайджестерах|) с боковым отверстием, через|из-за| которое|какое| вводится ферментативное сырье. Над дайджестером| устанавливается контейнер (металлический, пластиковый) для сбора газа.Установленный над биомассой в которой происходят процессы брожения.купол-контейнер предотвращает проникновение воздухав середину установки и обеспечивает анаэробные условия процесса.

|сборки|

Биогаз имеет теплоту сгорания от 21 до 36 Мдж/кг при нормальных условиях. Из одной тонны органических веществ выделяется от 250 до 600 м3 биогаза. Из разных веществ получают не одинаковое количество биогаза (табл.1).

 

Сырье	Выход биогаза из|с| 1 кг сухого вещества л/кг	Составляющая метана в газе %
Трава
Листья деревьев	210-294
Сосновые ветви
Листья картофеля
Стебли кукурузы
Солома пшеничная
Солома льняная
Твердый навозВРХ	200-300
КОНСКИЙ наво3 с СОЛОМОЙ
Домашние отходы и мусор
Твердые остатки стоковых вод

 

Следует отметить, что добавляя|додает| в биомассу до 30 % целлюлозы, выход биогаза увеличивают в 2-3 раза. Килограмм навоза дает 0,18 кг метану, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг перегноя. Один килограмм биогаза дает тепло, которое выделяет 0,6 кг керосина, 1,5 кг угля или 2-3 кг дров. На сегодня|сегодня| разработано больше|более| 70 видов биогазовых технологий.

Министерство агрополитики выделило средства для разработки, программы развития производства биогаза до 2010 года и на создание пилотной биогазовой установки по переработке навоза производительностью 32 т/сутки, с выходом биогаза 720 м3 и производством электрической и тепловой энергии.

По температурным режимам производство биогаза разделяют на психрофильный (15-20 °С), мезофильный (30-40 °С) и термофиль­ний| (52-56 °С). Среднее время сбраживания при мезофильном режиме составляет 15-30 суток, при термофильном - 5-10 суток.

Процесс производства биогаза является рентабельным, когда в 1 м3 рабочего объема реактора за сутки выделяется 2 м3 газа. Окупаемость биогазовых установок составляет от 3 до 8 лет: чем они больше, тем меньший срок окупаемости.

На рис. 1 представлена принципиальная схема непрерывной анаэробной переработки отходов крупного рогатого скота.Навоз из фермы или хранилища подают в резервуары подготовки исходного сырья (1), в которых происходит перемешивание, выделение твердых веществ,увлажнение массы до 94-96 % и другие операции. Подготовленное сырье подается дозаторными насосами (2) в метатанки (3), где происходит процесс сбраживания под действием метанообразующих бактерий. Образованный биогаз отводится из верхней части метатанков в газгольдеры (5), откуда он поступает к потребителям. Остатки сброженного перегноя (обеззараженіые удобрения) из нижней части поступает в перегноесборник(7), из которого вывозятся на поля. Для поддержания заданной температуриы в метатанках через змеевики прокачивают горячую воду, подогретую в котлах (9). На такой подогрев тратится 20-30 % выработанного биогаза. В зависимости от принятого времени сбраживания сырья| определяют необходимый объем метатенков| и количество сырья, которое подают|дают| для дозаправки|дозаправляемый| дозаторними| насосами. Для ускорения процесса сбраживания часть биогаза подается|дает| из|с| газгольдера компрессором (4) назад, в метатенки|.

В нашей стране использовалась биогазовая установка КОБОС-1

(рис.2) для переработки 28,3 т биомассы в сутки. Объем двух реакторов по 125 м3; выход биогаза из 1 м объема реактора 1,29м ; выход биогаза из 1 тонны отходов 1,3 м3; выход газа за сутки 162 м3; температура брожения 40 °С; время вращения биомассы 5 суток, влажность исходной массы 96,2 %; за сутки потребляется 42,1 кВт/г электроэнергии; обслуживающий персонал 4 мужчины; капитальные затраты эквивалентны 180 тысячам долларов. Установка состоит из двух реакторов,подогревателя, двух насосов, газголь дера, компрессора, водогреющего котла.

Реактор с вакуумным|вакуум-насос| перемешиванием состоит из горизонтального| резервуара| с продольными перепонками, газового колпака|, загрузочной трубы, устройства для аварийного слива массы. Реактор с механическим|механичным| перемешиванием массы состоит из горизонтального резервуара, газового колпака, мешалки, загрузочной трубы, пристрою для аварийного слива. Подогреватель - это резервуар объемом 25 м3 с теплообменником, где массу подогревают до необходимой температуры. В силовом блоке смонтирована насосная установка, оборудование очистки биогаза и нагрева воды.

Перегной из коллектора подается насосом в измельчитель, из него в подогреватель, чтобы поднять температуру массы. Оттуда перекачивается винтовым насосом-дозатором в реактор, где выделяется биогаз, который перекачивается компрессором на очистку. Потом газ через гидрозатвор и обратный клапан подается на использование или хранение. Загрузка биомассы проводится ежечасно автоматически.

Кроме КОБОС-1, промышленность выпускала биогазовую установку

” Биогаз-301” с выходом газа за сутки 350 м3, объемом реактора 1м . Есть в использовании и другие установки. Но на всех переброженное сырьё разделяется на твердую и жидкую части. Густую массу пропускают через пресс-фильтр для обезвоживания до 75 %, а жидкую часть выносят на поля.

В Украине первую современную биогазовую установку компании ВТС (Нидерланды) смонтировано на свинокомплексной ферме «Агро-Овен» в с. Еленивка Днепропетровской области, где содержат 14000 свиней. Ежесуточно на ней должно перерабатываться обрабатываться 80 т сырья, из которого получают около 33000 м3 биогаза. Эта устава состоит из двух метатенків по 1000 м3, двух когенераційних установок мощностью 80 и 160 кВт, системы обезвоживания сброженного гноя. Каждый метатенк-реак-тор имеет размеры 18,3x18,3м (335 м2) и размещенный в котловане размерами 13,3x13,3 (177 м2), глубиной 2,3 м, при общей высоте 3,6 м. У них поддерживают мезофильный процесс сбраживания при температуре 32-34 °С, какой длится 25 дней. Для протекания оптимального процесса содержание сухого вещества в стоковых водах поддерживают на уровне 10-12 %. Образованный биогаз собирается куполообразными пласты-ковими газгольдерами, расположенными над метатенками. Перед подачей в газовый поршневой двигатель биогаз осушают. Теплота от системы охлаждения когенераційної установки подается на нагрев массы в метатенках (10%- летом и до 40% - в зимний период). Сброженную массу после разделения на жидкую и сухую фракции в сепараторе используют в качестве высококачественные удобрения.

Применение БЕУ на свиноферме позволяет снизить на 413 т выбросы метана в атмосферу, или 652 т/рік Со2 его эквивалента, который значительно снижает парниковый эффект.

Общие капитальные расходы на сооружение этой уставы стано­вили| 413,3 тыс. дол.|долл.| США, эксплуатационные расходы составляют 21,2 тыс. дол.|долл.| назвал. Прибыль от использования|употребления| собственной електро-|] энергии составляет 41,4 тыс. дол|.; теплоенергії| - 5,6 тис.дол., міне­ральних| добрил - 25 тыс. дол.|долл.|, всего - 72 тыс. дол.|долл.| в год. Период окупаемости этой демонстрационной БЕУ составляет 8,1 лет, но при использовании|употреблении| отечественного оборудования и продажи електроенерг| в общую сеть этот срок|термин| можно снизить в два разы.

В Германии используют биогазовые установки с объемом бетонного реактора 20 м3, перемешивание проводится механической мешалкой; выход газа за сутки 42 м3, затрата электроэнергии 7,5 кВт и перегной поступает от 18 коров.

Для индивидуальных потребителей Институт УкрНДИагропроект разработал схему сбраживания отходов на небольших фермах (рис.). Установка состоит из метатэнка-|| (1); котла (2) для подогревания смеси; сборника (3) отработанного сырья. Установка закрыта от осадков пленочным или шиферным покрытиям (4). Отходы загружаются через|из-за| лейку (5), сброженное сырьё отводится|отводит| в сборник (3) через|из-за| патрубок (6). Метатэнк (1) изготовляется из|с| мета­лла| или бетона, но сборником (3) может служить яма, выкопанная рядом.

Перемешивание отходов в метатэнке| проводится периодически вручную| или с помощью|посредством| электродвигателя мощностью

1 кВт. Теплообменник| для подогревания массы устанавливают в нижней части| метатэнка|. Биогаз из|с| верхней части метатэнка| отводят|отводящий| по газопроводу (7) к|до| потребителям. Он оборудован регулятором давления газа| (8). Для хозяйства, где содержится|воздерживается| 2-3 коровы или бычка, несколько свиней, 20-30 голов птицы, изготовляется метатэнк| диаметром 1 метр и длиной 3 метра. Газа, который производится|выделывает| установкой|, достаточно| для круглосуточной работы водогреющего котла АГВ-80 или Бытовой газовой плиты. В метатэнке-реакторе| исчезает резкий запах отходов| и изменяется его цвет.

Среднесуточная потребность тепловой энергии составляет 12000 ккал.Ещё 400 ккал нужно для подогрева биомассы в реакторе. Таким образом, для нужд хозяйства нужно около 3 м3 биогаза. Для получения такого количества газа нужно 7 кг сухого органического вещества и 70 литров жидкости.

В практике достаточно распространены простые по.конструкции биогазовые установки без подогрева биомассы(рис.) Они состоят из бетонируемого или обшитого металлом резервуара, в который|какой| сбрасывают|свергают| жидкие отходы|редкий|, бытовые отходы, сорняк и так далее После заполнения резервуар накрывают плавающим колпаком, изготовленным из листового металла или пластмассы, от которого|какого| отходит| трубка газопровода. Когда масса начинает бродить, из|с| нее выделяется | биогаз, собирается под колпаком, откуда поступает в газгольдер (сборник газа), или идет|уходит| сразу|в одночасье| на потребление. В качестве газгольдера может служить сборный|собирательный| колпак больших|великих| размеров или автотракторные камеры. Для создания стабильного давления газа

на сборный колпак устанавливают груз из металла или камней. На выходном газопроводе монтируют манометр и предохранительный клапан для регулирования избыточного давления.

Во время брожения на поверхности биомассы образуется твердая пленка, которая не пропускает наружу газ. ее нужно постоянно разрушать, перемешивая. Для этого используют, по большей части, механические мешалки, или закрепляют металлические вилки к газовому колпаку, которые во время его поднятия или опускания газом разрушают твердую пленку.

Периодическая загрузка и выгрузка вручную реактора не совсем удобна в быту поэтому практично использовать два раздельных реактора. Один из них работает,а другой в это время заполняется свежей биомассой. Таким образом, проходит их постоянная периодическая работа, которая упрощает обслуживание установки.

Для индивидуального использования в Венгрии применяют несколько конструкций современных биогазовых установок.

На рис. поазана установка так называемого восточного образца с подземным бетонным или кирпичным реактором генератором (1).

Купол реактора (2) герметизируется листовым металлом или пластиком.

Сверху он закрывается герметичной крышкой. Реактор имеет трубу 3 для загрузки сырья и трубу 4 с гидрозамком для выгрузки отходов.

Механическая

меалка 5 размешивает осадок на дне реактора и разбивает корку на поверхности биомассы.С верхней части реактора 1 выходит газопровод 6с запорной аппаратурой для отвода газа потребителям.

Перед загрузкой сырье подогревают на солнце до

40 °С в широких резервуарах, а потом загружают

в реактор.

Такие установки эксплуатируют преимущественно в летний период.

Кроме этих есть установки так называемого европейского образца(рис.

Ретор изготавливается в виде бетонной шахты 1 с плавающим колоколом для сбора газа 2.

Колокол имеет крепление 3 и колпак 8 для герметизации и направления движения.Газ отводится от реактора газопроводом 10.Сырьё нагретое солнцем с резервуара 4 поступает по трубе 5 в реактор.В трубе 5 смонтирована мешалка 7 для перемешивания биомассы.Выгружают отработанную биомассу через трубу 6,которая действует и как гидрозамок.Шахта 1 имеет конструктивные выступы 9,

 

Которые направляют биогаз в газообразный колокол.В холодный периодгода биогазовую установку утепляют сверху пенопластом или соломой. С шахты объёмом 3м можно получить 1,5м биогаза за сутки. Для этого используют отходы 4 свиней или 50 кг другой биомассы.