Онлайн переводчик http://translate.meta.ua
поменять
По-русски

2.1.1 Технология выработки биогаза

Биогазовые технологии - радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива - биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии - это решение проблем энергетики, агрохимии, экологии и капитала [5].

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения сапропеля, навоза или птичьего помета, их смесей и других органических веществ в анаэробных условиях (без доступа воздуха).

При этом под воздействием особой группы анаэробных бактерий, происходят процессы сопровождающиеся минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота, фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов. Емкость, в которой происходит процесс сбраживания, называется "метантенком", или "реактором".

При соблюдении оптимального температурного режима брожения, постоянном перемешивании сырья, своевременной загрузке исходного и выгрузке сброженного материала выход биогаза достигает 2-3 м3 с 1 м3 реактора, а при использовании птичьего помета - 6 м3.

Есть несколько видов анаэробных бактерий, каждый из которых максимально эффективно работает при определенной температуре. В связи с этим различают различные температурные режимы брожения. На практике используются два режима: мезофильный (30-40°C) и термофильный (51-55°C).

В термофильном режиме реакция идет в два раза быстрее, и соответственно в два раза быстрее выделяется биогаз. Также термофильный режим имеет преимущества с точки зрения экологии, поскольку в этом режиме уничтожаются почти полностью все болезнетворные микроорганизмы. Но термофильный режим требует больших энергозатрат на поддержание необходимой температуры реакции, а также большей точности поддержания температуры. Кроме того, качество биоудобрений в этом режиме получается хуже, чем в мезофильном.

Мезофильный режим предъявляет менее строгие требования к точности поддержания температуры, но не всегда может подходить с точки зрения экологии. Если нас интересуют прежде всего биоудобрения, то мезофильный режим – это безальтернативный выбор.

Если необходимо существенно сэкономить на стоимости биогазовой установки, то подходит термофильный режим. Ведь установка, работающая в термофильном режиме имеет в два раза большую пропускную способность, и, соответственно, может быть уменьшена в два раза по сравнению с установкой, работающей в мезофильном режиме, при переработке того же количества сырья.

При переработке сырья в анаэробных условиях получается смесь газов - метана и углекислоты, которые образуются в результате разложения сложных субстратов при участии смешанной популяции микроорганизмов разных видов. Поскольку искомый продукт - это газ, сбор его не составляет труда: он просто выделяется в виде пузырьков. Впрочем, иногда при более сложных способах его использования или распределения по трубам возникает необходимость в очистке от примесей или в компрессии.

Неочищенный биогаз обычно используют для приготовления пищи и освещения. Его можно применять как топливо в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Сжатый газ в баллонах пригоден как горючее для машин и тракторов. Его можно подавать в газораспределительную сеть. В последнем случае требуется некоторая очистка биогаза: осушка, удаление углекислоты и сероводорода. Очищенный биогаз ничем не отличается от метана из других источников, т. е.

природного газа или же SNG (синтетический газ, получаемый из угля или водородсодержащего сырья).

Качество биогаза определяется в первую очередь содержанием метана либо соотношением горючего метана (CH4) к „бесполезной" двуокиси углерода (C02). Двуокись углерода разбавляет биогаз и вызывает потери при его хранении. Поэтому важно стремиться к высокому содержанию метана и как можно низкому содержанию двуокиси углерода. Достигаемое обычно содержание метана колеблется между 50 и 75%.

Содержание метана в биогазе в первую очередь определяется следующими критериями:

Ведение процесса: в то время как в одноступенчатых биогазовых установка весь процесс анаэробного разложения происходит в одном ферментаторе, одним этапом, и таким образом весь газ выделяется как смесь газов, в двухступенчатых установках, выработанный на первом этапе газ, состоит в большой степени из двуокиси углерода и других энергетически малоценных газов, выводящихся в окружающую среду. Вырабатываемый на втором этапе газ имеет высокий процент содержания метана, который может составлять и более 80%.

Состав питательных веществ субстрата. Количество и качество произведенного биогаза зависит от количества внесенных веществ и их состава. Протеины и жиры имеют более высокое содержание метана. Для богатых на углеводы субстратов, как например кукуруза можно рассчитывать на содержание метана в среднем 53% .

Температура субстрата: на практике оказалось, что при высокой температуре ферментатора выход метана более плохой, чем при низких температурах. Это происходит через различия в растворимости и образованием газовидной двуокиси углеводорода. Чем большее количество CО2 перейдет в газовидную форму, тем меньшей будет процентная доля CH4 в биогазе.

После метана и двуокиси углерода, сероводород (H2S) является важнейшей составляющей газа [5]. Сероводород очень агрессивен и вызывает коррозию, что в первую очередь вызывает проблемы с арматурой, газовыми счетчиками, горелками и двигателями. Поэтому необходимо очищать биогаз от серы. Очищенный от серы биогаз, почти не имеет запаха. Газ, только что поступивший из биогазовой установки насыщен водным паром.

Возможно, что пар содержит также следы еще малоисследованных растворенных веществ, способных вызывать проблемы при сжигании биогаза в котлах и двигателях. Например, на биогазовой установке в Рипперсхаузене непонятным образом образовывались пушистые хлопья, которые создавали в топке котла толстые наслоения.

Потребовалось длительное время, чтобы установить, что эта «белая сажа» является оксидом кремния, возникающим вследствие коферментации силиконосодержащих косметических мазей как результат сложных химических реакций (образование силанов). Сушка биогаза конденсацией является поэтому очень важным шагом по обогащению газа. С помощью конденсированной воды сепарируют также большое количество содержащегося в биогазе аммиака, вызывающего в противном случае большие повреждения двигателя, особенно на подшипниках из цветных металлов.

Теплота сгорания одного кубометра достигает 25 МJ, что эквивалентно сгоранию 0,6 l бензина, 0,85 l спирта, 1,7 kg дров или использованию 1,4 kW•h электроэнергии.

По-украински

2.1.1 Технологія вироблення біогазу

Біогазові технології - радикальний спосіб знешкодження і переробки різноманітних органічних відходів рослинного і тваринного походження, включаючи екскременти тварин і людини, з одночасним отриманням висококалорійного газоподібного палива - біогазу і високоефективних екологічно чистих органічних добрив. Біогазові технології - це рішення проблем енергетики, агрохімії, екології і капіталу [5].

У основі біогазових технологій лежать складні природні процеси біологічного розкладання сапропеля, гною або пташиного посліду, їх сумішей і інших органічних речовин в анаеробних умовах(без доступу повітря).

При цьому під впливом особливої групи анаеробних бактерій, відбуваються процеси що супроводжуються мінералізацією азотвмісних, фосфорвмісних і калійвмісних органічних сполук з отриманням мінеральних форм азоту, фосфору і калію, найбільш доступних для рослин, з повним знищенням патогенної(хвороботворною) мікрофлори, яєць гельмінтів, насіння бур'янів, специфічних фекальних запахів, нітратів і нітриту. Місткість, в якій відбувається процес зброджування, називається " метантенком", або " реактором".

При дотриманні оптимального температурного режиму бродіння, постійному перемішуванні сировини, своєчасному завантаженні початкового і вивантаженні збродженого матеріалу вихід біогазу досягає 2-3 м3 з 1 м3 реактора, а при використанні пташиного посліду - 6 м3.

Є декілька видів анаеробних бактерій, кожен з яких максимально ефективно працює при певній температурі. У зв'язку з цим розрізняють різні температурні режими бродіння. На практиці використовуються два режими: мезофільний(30-40°C) і термофільний(51-55°C).

У термофільному режимі реакція йде в два рази швидше, і відповідно в два рази швидше виділяється біогаз. Також термофільний режим має переваги з точки зору екології, оскільки в цьому режимі знищуються майже повністю усі хвороботворні мікроорганізми. Але термофільний режим вимагає великих енерговитрат на підтримку необхідної температури реакції, а також більшій точності підтримки температури. Крім того, якість біодобрив в цьому режимі виходить гірше, ніж в мезофільному.

Мезофільний режим пред'являє менш строгі вимоги до точності підтримки температури, але не завжди може підходити з точки зору екології. Якщо нас цікавлять раніше усього біодобрива, то мезофільний режим - це безальтернативний вибір.

Якщо необхідно істотно заощадити на вартості біогазової установки, то підходить термофільний режим. Адже установка, працююча в термофільному режимі має в два рази велику пропускну спроможність, і, відповідно, може бути зменшена в два рази в порівнянні з установкою, працюючою в мезофільному режимі, при переробці тієї ж кількості сировини.

При переробці сировини в анаеробних умовах виходить суміш газів - метану і вуглекислоти, які утворюються в результаті розкладання складних субстратів за участю змішаної популяції мікроорганізмів різних видів. Оскільки шуканий продукт - це газ, збір його не складає труднощів: він просто виділяється у вигляді бульбашок. Втім, іноді при складніших способах його використання або розподілу по трубах виникає необхідність в очищенні від домішок або в компресії.

Неочищений біогаз зазвичай використовують для приготування їжі і освітлення. Його можна застосовувати як паливо в стаціонарних установках, що виробляють електроенергію. Стислий газ у балонах придатний як пальне для машин і тракторів. Його можна подавати в газорозподільну мережу. У останньому випадку потрібно деяке очищення біогазу : осушення, видалення вуглекислоти і сірководня. Очищений біогаз нічим не відрізняється від метану з інших джерел, т. е.

природного газу або ж SNG(синтетичний газ, що отримується з вугілля або водневмісної сировини).

Якість біогазу визначається в першу чергу змістом метану або співвідношенням горючого метану(CH4) до " даремного" двоокису вуглецю(C02). Двоокис вуглецю розбавляє біогаз і викликає втрати при його зберіганні. Тому важливо прагнути до високого вмісту метану і як можна низькому вмісту двоокису вуглецю. Те, що досягається звичайне зміст метану коливається між 50 і 75.

Зміст метану у біогазі в першу чергу визначається наступними критеріями:

Ведення процесу : тоді як в одноступінчатих біогазових установка увесь процес анаеробного розкладання відбувається в одному ферментаторі, одним етапом, і таким чином увесь газ виділяється як суміш газів, в двоступінчатих установках, вироблений на першому етапі газ, складається великою мірою з двоокису вуглецю і інших енергетично малоцінних газів, що виводяться в довкілля. Газ, що виробляється на другому етапі, має високий відсоток змісту метану, який може складати і більше 80.

Склад поживних речовин субстрату. Кількість і якість зробленого біогазу залежить від кількості внесених речовин і їх складу. Протеїни і жири мають більш високий вміст метану. Для багатих на вуглеводи субстратів, як наприклад кукурудза можна розраховувати на зміст метану в середньому 53

Температура субстрату : на практиці виявилось, що при високій температурі ферментатора вихід метану поганіший, ніж при низьких температурах. Це відбувається через відмінності в розчинності і утворенням газовидного двоокису вуглеводня. Чим більша кількість CО2 перейде в газовидну форму, тим меншою буде процентна доля CH4 у біогазі.

Після метану і двоокису вуглецю, сірководень(H2S) є найважливішою складовою газу [5]. Сірководень дуже агресивний і викликає корозію, що в першу чергу викликає проблеми з арматурою, газовими лічильниками, пальниками і двигунами. Тому необхідно очищати біогаз від сірки. Очищений від сірки біогаз, майже не має запаху. Газ, що тільки що поступив з біогазової установки насичений водною парою.

Можливо, що пара містить також сліди ще малодосліджених розчинених речовин, здатних викликати проблеми при спалюванні біогазу в котлах і двигунах. Наприклад, на біогазовій установці в Рипперсхаузене незрозумілим чином утворювалися пухнасті пластівці, які створювали в топці котла товсті нашарування.

Знадобилося тривалий час, щоб встановити, що ця "біла сажа" є оксидом кремнію, що виникає внаслідок коферментации силиконосодержащих косметичних мазей як результат складних хімічних реакцій(утворення силанів). Сушка біогазу конденсацією являється тому дуже важливим кроком по збагаченню газу. За допомогою конденсованої води сепарують також велику кількість аміаку, що міститься у біогазі, викликає інакше великі ушкодження двигуна, особливо на підшипниках з кольорових металів.

Теплота згорання одного кубометра досягає 25 МJ, що еквівалентно згоранню 0,6 l бензину, 0,85 l спирту, 1,7 kg дрів або використанню 1,4 kW - h електроенергії.