Состав биогаза: Производство биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Производство биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Производство биогаза — технология, за которой будущее

Использование биогаза человечеством имеет давнюю историю. Более двух тысяч лет назад, по свидетельству Геродота, древнегерманские племена, живущие в заболоченных местностях, использовали выделяющийся болотный газ для своих нужд, подводя его к своим жилищам по кожаным трубам. Чтобы процесс выработки газа не прекращался, они периодически сбрасывали в болото шкуры убитых животных и бытовые отходы. Научная европейская мысль зафиксировала выделение горючего газа разлагающейся органикой в XVII веке, а появление первых биогазовых установок относится ко второй половине XIX века.

В настоящее время наибольшее количество биогаза производится в энергетически бедных странах, однако, исходя из очевидных выгод его получения и использования, популярность установок, перерабатывающих органику в горючий газ, растет и у нас. Несмотря на многочисленные препятствия, вызванные как недостатком финансовых средств, так и инерционностью мышления отдельных руководителей, биогазовые станции понемногу завоевывают популярность среди предпринимателей.

Что такое биогаз?

Биогаз образуется в результате разложения анаэробными бактериями органических соединений и является смесью метана и углекислого газа. В зависимости от используемого в процессе брожения сырья, процент метана в биогазе варьируется от 50 % (из навоза крупного рогатого скота) до 85 % (из жировых отходов).

В качестве сырья для производства биогаза используются пищевые отходы, кормовые остатки, навоз свиней, КРС и птицы, отходы предприятий пищевой промышленности, а также специально выращиваемые энергетические растения (рапс, подсолнечник, кукуруза, свекла и т. д.), их ботва и солома, опилки, силос и многое другое, вплоть до опавших листьев и другого органического мусора. Любые отходы растительного и животного происхождения можно использовать для получения биогаза. Применительно к использованию биогазовых установок для переработки отходов животноводческих ферм, можно утверждать, что содержание одной коровы обеспечит производство 2,5 куб. м биогаза в сутки, одного откормочного быка — 1,6 куб. м, свиньи — 0,3 куб. м, курицы или утки — 0,02 куб. м.

Как получают биогаз?

Для получения биогаза измельченные и увлажненные органические отходы закладывают в емкость, называемую реактором или анаэробной колонной, где они подвергаются процессу сбраживания метановыми анаэробными (живущими без доступа воздуха) бактериями. Жизнедеятельность метановых бактерий требует соблюдения определенных условий: в реакторе необходимо поддерживать комфортную для них температуру (40–70 градусов Цельсия) и периодически перемешивать питательную смесь, способствуя распределению бактерий по всему пространству реактора.

Чем мельче частицы органики, тем легче идет процесс брожения, поэтому перед закладкой в реактор любое органическое сырье необходимо измельчать до однородного состояния (гомогенизировать). Облегчает переработку и увеличивает выход газа использование энзимов, а также постоянное перемешивание массы с помощью различных средств, в том числе жидкостных либо ультразвуковых кавитаторов. Из одного килограмма сухого сырья на современной биогазовой станции можно получить 350–500 литров биогаза.

Как используют производство биогаза?

1. Для обогрева помещений. Отопительный котел на биогазе позволит отапливать производственные помещения предприятия или фермы, а также близлежащие жилые дома. Некоторая часть газа (зимой — около 15 %) расходуется на поддержание оптимальной температуры для брожения массы в реакторе.
2. Для производства электроэнергии. Газогенератор, смонтированный в комплексе биогазовой установки, даст возможность получать около 2 кВт электроэнергии из 1 куб. м биогаза.
3. Для получения биогаза с целью использования его как топлива для автомобилей, а также для сжижения излишков и реализации другим потребителям.
4. Для производства высококачественных органических удобрений. Твердый остаток, получаемый после окончания процесса брожения, является прекрасным удобрением, эффективным и лишенным неприятного запаха. Его использование повышает урожай сельскохозяйственных культур более чем вдвое.
5. Для экологически чистой утилизации отходов. Фекалии животных и птицы, отходы предприятий пищевой промышленности, будучи захороненными на полигоне для отходов, загрязняют окружающую среду и издают неприятный запах. Процесс разложения, происходящий в биогазовых реакторах, нейтрализует токсины и делает оставшуюся массу безопасной для природной среды.

Преимущества биогазовых станций

Энергетическое: станция дает возможность организовать собственное отопление и освещение промышленного или сельскохозяйственного предприятия. Особенно важно это в удаленных районах, где прокладка электрических сетей и централизованного отопления экономически невыгодна — в этом случае биогазовая установка обеспечит предприятие и прилегающий жилой район светом и теплом.

Экономическое: использование биогаза дает возможность существенно снизить затраты на энергообеспечение и на утилизацию отходов.

Экологическое: нейтрализуется вред, наносимый сельскохозяйственными или промышленными отходами окружающей среде, снижаются выбросы метана в атмосферу. Сохраняется чистота грунтовых вод, которые нередко используются как источник питьевой воды в данной местности.

Географическое: станция может быть построена в любом, даже самом отдаленном и недоступном районе и в любой климатической зоне, основным условием ее строительства является доступность органического сырья для производства биогаза.

Инфраструктурное: строительство станции дает возможность для поддержания и развития энергетической и коммунальной инфраструктур.

Социальное: помимо производственных зданий, возможно снабжение теплом и электроэнергией социально-бытовых и культурных объектов: жилых зданий, детских учреждений, больниц, магазинов, домов отдыха, клубов и т. д.

Установка для производства биогаза для частного или фермерского хозяйства

Биогаз является продуктом брожения биомассы. В соответствии с видом бактерий, которые поглощают продукты жизнедеятельности животных и растений, выделяется метан или водород. В процессе образования метана участвуют три типа бактерий. Последующие питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих микроорганизмов. Последний вид относят к классу метаногенов.

Образование биогаза

История

Люди давно заметили, что гниющая биомасса (в основном навоз) выделяет в больших количествах горючий газ. На рубеже 18 и 19 веков была точно установлена природа газа – метана. Первая газовая установка была создана англичанами в Бомбее (Индия) в 1859 году. Уже в 1895 году улицы в Лондоне освещались биогазом.

В 1930 году определили и классифицировали бактерии – производители биогаза. Впоследствии было внедрено в практику производство биогаза, как для промышленных, так и нужд частного хозяйства во многих странах мира.

Состав и качество биогаза

В результате микробиологических исследований был определён состав газа биологического происхождения.

Состав газа

Полученную газовую смесь очищают от углекислого газа (CO2). В результате получают высокоэнергетический газ – биометан. Определяют качество газового топлива путём соотношения количества биогаза на выходе с нормативным содержанием чистого метана. Исследование проводят при окружающей температуре 00 С, атмосферном давлении 1,013 бар и относительной влажности газовой смеси 0%.

Обратите внимание! Производительность газовой установки считают в литрах или м3 в соотношении с 1 килограммом сухой биомассы. Также существует методика отношения выхода биогаза к объёму затраченного субстрата в кубических метрах.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

Биотопливо обладает многими преимуществами перед альтернативными источниками энергии. Их можно перечислить в следующем порядке:

1. Сырьё практически не обладает себестоимостью.
2. Биогазовая установка может быть расположена в любом месте, где есть источник биомассы.
3. Использование биогаза направлено на выделение тепловой, электрической энергии и даже автомобильного топлива.
4. Установка для получения биогаза создаёт условия автономного существования фермерского и домашнего хозяйства, независимо от других дорогостоящих источников энергии.
5. По затратам на создание биоустановки (3-4 тыс. евро на 1 кВт мощности) себестоимость производства биогаза занимает место между атомными (5 тыс. евро) и угольными (2 тыс. евро) энергопредприятиями.

Экологическая ценность производства биогаза

Производство биотоплива ценно тем, что изъятие метана из природного кругооборота веществ избавляет экологическую обстановку местности от вредоносного влияния газа. Это относится к большому скоплению навоза в скотоводческих хозяйствах, отходам растениеводства и бытовому мусору.

Производственные мощности энергетических компаний своей деятельностью способствуют загрязнению атмосферы. Тогда как биогазовые установки для многих фермерских хозяйств улучшают экологию тех мест, где они расположены.

Сырьё для получения биогаза

Материалом для биохимической обработки служат жидкие и твёрдые отходы сельскохозяйственных комплексов, твёрдый бытовой мусор и включения сточных вод.

Эффективность сырья определяется многими факторами. Влажность, структура, энергоёмкость значительно влияют на получение объёма биогаза, приходящегося на единицу переработанного сырья. Например, разные типы навоза дают различное % содержание метана в общем объёме газа.

Дополнительная информация. Самые эффективные и производительные установки по выработке биогаза расположены на свекольно-сахарных фабриках. Свекольная ботва в результате брожения даёт самый большой выход биотоплива на единицу сырья. Свекольный газ обладает самым высоким содержанием метана.

Продуктивность производственного процесса

Каждая установка для получения биогаза имеет разную производительность. Это зависит от нескольких факторов, таких как:

• вид сырья;
• типы газогенераторов;
• кислотно-щелочной баланс.

Вид сырья

Виды сырья в основном перечислены выше.

Следует заметить! Самым энергетическим источником биогаза являются отходы пищевой промышленности – это сахарный жом и жиросодержащие вещества.

Наименее продуктивным сырьём считается навоз крупного рогатого навоза. Но преимущество навоза состоит в отсутствии затрат на его получение и наличии всегда в большом количестве.

Типы газогенераторов

Повышение температуры до определённых пределов существенно увеличивает активность бактерий. По температурным режимам эксплуатации газогенераторное оборудование разделяют на три типа:

1. Психрофильное.
2. Мезофильное.
3. Термофильное.

Психрофильные

Оборудование предназначено для осуществления ферментации сырья в условиях летнего температурного режима в пределах от 18 до 25 градусов тепла. На сегодняшний день такие установки практически не используются.

Мезофильные

Искусственный подогрев поддерживает температуру брожения 25-400 С. Оборудование отличается низкими энергетическими затратами. Подобные установки используют для получения аминокислотных удобрений для почвы. Оборудование мезофильного типа для производства биогаза отличается низкой производительностью. В то же время газогенераторы не обеспечивают обеззараживание сырьевой массы. Она зачастую просто кишит болезнетворными микробами, это небезопасно для окружающих.

Важно! По энергозатратам мезофильные газогенераторные установки наиболее привлекательны для владельцев ферм.

Термофильные

Это установки, в которых температура брожения поддерживается на уровне 40 градусов и выше. Благодаря этому, процесс ферментации происходит значительно быстрее. При таком нагреве все вредные микроорганизмы гибнут. Несмотря на свои недостатки, такие, как увеличенные энергозатраты, биогенераторы такого типа являются самым эффективным оборудованием по производству биогаза.

Экология

На экологию существенно влияют скопления навоза, гниющей ботвы, бытового мусора и отходов сахарного производства. Испарения от них создают атмосферу для распространения болезнетворных микробов, которые могут вызвать заболевания у местного населения и домашних животных.

Внедрение установок, перерабатывающих отходы в горючий газ естественного происхождения, способствует улучшению экологической обстановки. Воздух обеззараживается, очищаются загрязнённые территории.

Производство

Процесс выработки газа обусловлен конструкцией генератора, и какой производительностью он обладает. Также важно знать предназначение установки, рассчитанной на определённый объём выработки био продукта (для фермерского хозяйства, предприятия или частного дома). Стоит рассматривать целесообразность изготовления своими руками установки биогаза.

Принцип работы установки

Биогазовое оборудование для получения газа состоит из нескольких инженерных сооружений. Биомасса поступает в бак для сбора и гомонизации жидких отходов. Из бака массу с помощью насоса по трубопроводу подают в реактор, где её механически перемешивают лопатками с твёрдыми отходами.

Снизу газгольдер подогревают трубами с горячей водой или другим способом. Скопившийся газ под своим давлением поступает в газогенератор. Энергия, освобождённая от сгорания газа, расходуется на вращение ротора генератора. Полученная электроэнергия распределяется по потребителям. В другом варианте газ сгорает в отопительном котле.

Принципиальная схема работы биогазовой установки

Биогазовая установка для частного дома

Установку для обеспечения теплом и электроэнергией за счёт биогаза можно приобрести в готовом виде. Такое оборудование вполне может газифицировать небольшой дом. Генератор занимает во дворе не более 6-8 м2. Содержать и эксплуатировать газогенератор можно в отдельном тёплом сарае, где температура воздуха не падает ниже 17 градусов.

Для фермерского хозяйства

Биогазовые реакторы представляют собой большие ёмкости из расчёта тоннажа регулярного поступления навоза со скотоводческой фермы. Оборудование от домашних установок отличается большей производительностью, наличием более технологичного оборудования, коммутационных узлов и электронного пульта управления. Стоят станции намного дороже небольших газогенераторов.

Фермерская биогазовая станция

На заметку. Преимуществом станций по выработке биогаза является то, что они обеспечивают теплом и электроэнергией не только скотоводческий комплекс, но и фермерский дом.

Биогазовая установка для предприятий

Биогазовые станции для крупных предприятий (агропромышленных комплексов) представляют собой целые заводы по производству газа, который идёт на получение тепла и электричества для всего комплекса. Это довольно сложная инженерная система, требует больших капитальных вложений. Выгода от внедрения станций ощущается после первого года эксплуатации. Предприятия, используя альтернативный источник энергии, могут значительно понизить себестоимость своей продукции и получить сверхприбыль.

Биогазовый комплекс

Как сделать установку для биогаза своими руками

В средствах массовой информации, в том числе в интернете, публикуют массу материалов о том, как сделать биогазовую установку своими руками. При наличии определённого опыта и соответствующего инструмента возможно создать свою авторскую установку. Изначально нужно определиться с исходными условиями:

• ежедневная потребность в биогазе;
• выбор нужной конструкции;
• место для установки;
• сметная стоимость постройки биогазовой станции;
• наличие постоянного получения сырья.

После анализа всех этих исходящих данных можно приступать к созданию и установке биогенератора. Важен выбор способа подогрева реактора (дрова, уголь или тёплая вода). Устройство пневматической загрузки можно собрать по чертежам в интернете.

Биогазовые реакторы своими руками

Биогазовая установка: загрузка и перемешивание сырья ручное

Созданная своими руками газовая станция, как правило, имеет реактор объёмом не более 5-6 м3. Тратиться на установку механизированного оборудования на такой объём сырья не стоит. Достаточно ограничиться ручным перемешиванием с помощью лопаты.

Важно! Тем, кто мечтает обзавестись таким реактором, нужно знать, что придётся работать в не очень комфортных условиях. Биогаз вместе с парами аммиака очень агрессивен для лёгких и слизистой оболочки глаз. Перемешивать биомассу следует в респираторе, очках и перчатках.

Самодельная установка с перемешиванием, подогревом и ручной загрузкой сырья

Установленный самостоятельно узел сбраживания сырья должен быть оснащён подогревом. Его можно устроить несколькими способами. Например, реактор обогревают снизу трубами с тёплой водой. Греют воду в котле, где сжигают биогаз. То есть получается замкнутый цикл выработки топлива.

Такие устройства требуют ручной загрузки сырья. При небольших объёмах потребления отходов ручная загрузка не будет большой нагрузкой для работника.

Установка с газгольдером

Это довольно сложная система. Сделать её своими руками сложно, обойдётся биогаз в домашних условиях недешёво. Такие установки нужно покупать в готовом виде для крупных фермерских хозяйств. При больших объёмах потребления сырья газовый комплекс будет рентабельным предприятием.

Факторы, влияющие на процесс брожения

Самым существенным фактором брожения сырья является природа происхождения сырья. Таким продуктом считается сахарный жом.

Эффективность процесса сбраживания можно добиться подбором бактериальных групп, которые будут более активно «работать», выделяя биогаз в больших объёмах.

Процесс брожения обуславливается конструкционными особенностями газогенератора, оснащением механизированным оборудованием и приборами электронного контроля и управления.

Температура

Температурный режим является основным двигателем бродильного процесса. Нужно строго следовать рекомендациям специалистов в этом вопросе. При использовании одного вида сырья будет достаточно его нагревать в пределах 20-250С. Биомасса другого типа потребует уровень нагрева в районе 400С.

Всё это должно учитываться в процессе работы установки. Для каждого вида сырья потребуются свои группы бактерий, активно «работающие» при определённой температуре.

Площадь поверхности частиц сырья

От величины площади поверхности биомассы зависит скорость ферментации сырья. Чем меньше площадь, тем меньше активность бактерий. Их активная зона находится в поверхностном слое сырьевой массы. Поэтому от объёма исходного сырья зависит частота его перемешивания.

В зависимости от потребности хозяйства в биогазе, типа биоактивного сырья рассчитывают нужный объём реактора.

Применение биогазовых станций

Установки по выработке биогаза завоёвывают всё больше рынки развивающихся стран. К таким регионам относятся государства, расположенные в зонах тёплого климата. Именно эта климатическая особенность способствует благоприятному использованию биогазгенераторных станций для получения дешёвой энергии для домов и промышленных предприятий.

В развитых странах биогаз интересует, как источник моторного топлива. Уже несколько десятков лет в странах Европы и Америке существуют сети газозаправок для автомобилей. Биогаз стоит гораздо дешевле дизтоплива, бензина и природного газа.

Потенциал

Производство биогаза приносит двойную выгоду: очищает воздух и обеспечивает дешёвым топливом. В будущем биотопливом будет обеспечиваться большое количество, как частных хозяйств, так и промышленных предприятий.

Видео

Биогаз — это… Что такое Биогаз?

Метантанк биогазовой установки

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

История

Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались^{[источник не указан 257 дней]} шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования.^[1]

Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO₂, незначительные примеси H₂ и H₂S. После очистки биогаза от СО₂ получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объем газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объемом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубических метрах (м³) метана на 1 кг органического сухого вещества (ОСВ), это намного точнее и красноречивее, нежели данные в м³ биогаза в м³ свежего субстрата.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО₂, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Производство

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

• Емкость гомогенизации
• Загрузчик твердого (жидкого)сырья
• Реактор
• Мешалки
• Газгольдер
• Система смешивания воды и отопления
• Газовая система
• Насосная станция
• Сепаратор
• Приборы контроля
• КИПиА с визуализацией
• Система безопасности

Принцип работы установки

Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.

Факторы, влияющие на процесс брожения

• Температура
• Влажность среды
• Уровень рН
• Соотношение C : N : P
• Площадь поверхности частиц сырья
• Частота подачи субстрата
• Замедляющие вещества
• Стимулирующие добавки

Температура

Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70ºС. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90ºС. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-4ºС.

Площадь поверхности частиц сырья

Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.

При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.

Применение

Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 тыс. шт. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Биогаз в России

Потенциальное производство в России биогаза – до 72 млрд м³ в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии в год составляет 151 200 ГВтч, тепла – 169 344 ГВтч.

Развивающиеся страны

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек^[2].

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок^[3].

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов^[4].

Потенциал

В России агрокомплекс ежегодно производит 773 миллиона тонн отходов, из которых можно получить 66 миллиардов м³ биогаза, или около 110 миллиардов кВт•ч электроэнергии. Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий^[5].

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей^[6].

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Примечания

Литература

См. также

Ссылки

готовое оборудование и самодельная установка

Фермерским хозяйствам нелегко утилизировать навоз. Образуется его с излишком, много средств приходится тратить на вывоз и утилизацию. В небольших частных хозяйствах навоз активно используют в качестве бесплатного и эффективного удобрения. Оказывается, есть и иной способ полезного использования данного сырья, позволяющий получить природный газ.

Многие хозяйства уже сегодня занимаются производством биогаза из навоза, используя экологичную технологию, позволяющую получать ценный продукт. Биометан из навоза ценен хорошим качеством, потому применяется во многих странах.

Что такое биогаз

Биогаз из навоза – это экологически чистое топливо. По характеристикам он близок к природному газу, который извлекается из недр земли промышленным путем.

Биогаз может составить альтернативу обычному топливу, ведь изготавливается он из отходов жизнедеятельности животных и птиц, которых в избытке можно найти в любом сельском хозяйстве. При правильной обработке сырья можно получить бесцветный биогаз без характерного запаха, в котором содержится не менее 70 % метана.

Биогаз имеет хорошие характеристики. Один кубический метр такого топлива из навоза выпускает столько же тепла, что и полтора кг каменного угля.

Преимущества процесса

Переработкой навоза для получения биогаза занимались еще в советское время. На сегодняшний день многие страны занимаются данным видом промышленности, так как это выгодно, легко и не представляет опасности для окружающей среды.

Такой альтернативный биогаз не нуждается в трудоемком добывании сырья для производства, процесс его создания относительно дешев, а в окружающую среду не выделяются токсические вещества.

Конечно же, навоз можно использовать просто в качестве удобрения, если в хозяйстве всего несколько коров. Гораздо сложнее приходится крупным фермерам с сотнями голов скота, ведь каждый год им приходится избавляться от нескольких тонн навоза.

Чтобы навоз стал качественным удобрением, его необходимо хранить, соблюдая температурный режим. Но это требует лишних расходов, потому большинство фермеров просто собирают его в определенное место, а потом вывозят на пашни.

При неправильном хранении навоз теряет почти половину находящихся в нем азотистых соединений и большую часть фосфора, потому его показатели становятся гораздо хуже. В атмосферу же непрерывно из навоза выделяется газ метан, что ухудшает экологическую ситуацию.

Новейшие технологии получения биометана позволяют перерабатывать сырье таким образом, что полученный биогаз не имеет токсического эффекта для окружающей среды. Биогаз выделяет при сгорании невероятное количество энергии, а нагретый навоз после его использования становится очень ценным анаэробным удобрением.

Технология получения биогаза

Изготовление биогаза возможно при помощи бактерий, для жизнедеятельности которых не нужен кислород. Потому для производства биогаза необходимо соорудить герметичные емкости, в которых будет происходить брожение сырья. Трубы для отвода сконструированы в емкостях таким образом, что воздух из внешней среды не способен просочиться внутрь.

Сначала резервуар наполняют жидким сырьем и повышают температуру до необходимой отметки, чтобы мироорганизмы начали работать. Метан поднимается вверх из жидкого навоза, накапливается в специальных резервуарах, в которых проходит этап фильтрации. Дальше его собирают в газовые баллоны. Использованные массы навоза накапливаются на дне емкостей, откуда периодически их вынимают и хранят в других местах. После откачивания отработанной жидкости в резервуар подается новый навоз.

Температурный режим функционирования бактерий

Метан может выделяться из навоза только при создании для него подходящего температурного режима. Навоз содержит в себе разные бактерии, которые активизируются и выделяют биогаз при разных температурах и с разной скоростью:

• Мезофильные бактерии. Начинают работать, если температура окружающей среды становится выше 30 градусов. Вырабатывается биогаз очень медленно – продукцию можно будет собрать спустя полмесяца.
• Термофильные бактерии. Для их активации требуется температура, равная 50-65 градусам. Биогаз можно будет собрать уже через три дня. Особую ценность представляет шлам – отходы навоза после сильного нагрева. Это полезное удобрение и, главное, безвредное – любые гельминты, семена сорняков, патогенные микроорганизмы уничтожаются при нагревании.
• Встречается и другой вид термофильных бактерий, выживающих при нагревании до температуры в 90 градусов. Их дополнительно включают в навоз, чтобы брожение происходило быстрее.

При понижении температуры все типы бактерий становятся менее активными. В небольшом хозяйстве обычно пользуются мезофиллами, ведь в таком случае дополнительного нагрева не требуется. Дальше первичный биогаз можно использовать для искусственного нагрева навоза и активации термофильных бактерий.

Минус хранения сырья в том, что оно не должно подвергаться скачкам температур. Потому в зимнее время необходимо позаботиться о теплом помещении для складирования навоза.

Подготовка сырья для заливки в реактор

Как правило, дополнительно обогащать навоз микроорганизмами нет необходимости, так как они уже содержатся в нем. Все, что необходимо делать – это правильно подготовить навозный раствор, следить за температурой и вовремя менять сырье в биореакторе.

Влажность сырья должна составлять не менее 90 % (по консистенции как жидкая сметана). Потому перед использованием сухой помет (коз, овец, коней, кроликов) смешивают с водой. Навоз свиньи разводить нет необходимости из-за высокого содержания в нем мочи.

Также важно, чтобы навоз был однородным, без твердых частиц. От мелкости фракций зависит количество образуемого на выходе биогаза. По этой причине внутри оборудования устанавливается постоянно работающая мешалка, уничтожающая твердую корку на поверхности сырья и мешающая выделению метана.

Лучше всего для процесса подойдут отходы с высокой кислотностью (навоз свиней и коров). При снижении показателя кислотности бактерии замедляют свою работу, потому важно в первые разы выяснить, за какое время происходит полная переработка одной порции навозного раствора, и лишь потом заливать его заново.

Технология очистки газа

Получаемый продукт содержит около семидесяти процентов метана, один процент примесей (сероводородных и некоторых летучих элементов) и чуть менее тридцати процентов углекислого газа.

Использовать его как топливо можно только после очищения от примесей. Сероводородные соединения убирают при помощи специальных фильтров. Это необходимо делать по той причине, что такое вещество, образуя с водой кислоту, ускоряет процессы коррозии металлов, труб, резервуара и всей биогазовой установки, если она металлическая.

Углекислый газ также необходимо убрать из топлива, но это требует немало времени:

• В первую очередь биогаз сжимают при сильном давлении.
• В емкость направляют воду, в которой примесь растворится.

Если биогаз производится в огромных масштабах, то очистку производят известью, активированным углем и специальными фильтрами.

Уменьшение содержания влаги

На данном этапе очистку сырья проводят разными способами.

Первый способ похож на работу самогонного аппарата. Биогаз направляют вверх по холодным трубкам. Вода переходит в конденсат и стекает по трубке вниз, в то время как метан направляется в резервуар для дальнейшего хранения.

Другой способ – использование гидрозатвора. Полученный биогаз смешивают с водой, где остаются все примеси. Такой способ требует меньше времени на очистку, так как вода избавляет и от лишней жидкости, и от ненужных элементов.

Установки для получения биогаза

Для изготовления установки недалеко от фермерских хозяйств, наилучшим образом подходит конструкция, которую впоследствии легко будет разобрать и перенести на другую территорию. Главное оборудование всей установки – это биореактор – емкость для заливки навоза и его брожения. Большие предприятия пользуются цистернами в 50 кубометров.

Небольшие частные хозяйства вместо цистерн используют резервуар под землей. Он выкладывается кирпичом в вырытой яме. Для герметичности и прочности все закрепляют цементной массой. Объем зависит от количества образующегося ежедневно навоза.

Для наземной установки могут применять цистерны из пластика, металла или поливинилхлорида.

Установки могут быть как автоматизированными (в них весь процесс происходит без участия человека), так и механическими (откачивать, доливать сырье, забирать биогаз, следить за давлением и температурой необходимо самостоятельно).

В небольшом хозяйстве желательно пользоваться электрическими насосами, мешалками, измельчителями, которые предотвратят появление корок на поверхности навоза и очистки сооружения от отходов.

Советы по самодельному изготовлению

Самое важное правило – отсутствие кислорода в реакторе. При его наличии может произойти взрыв.

Для того чтобы крышку реактора не сорвало высоким давлением, необходимы противовесы, защитные прокладки между резервуарами и крышками.

Резервуар никогда не должен быть абсолютно полон. Желательно пятую часть его объема оставлять незаполненной.

На участке перед установкой оборудование необходимо:

• правильно выбрать место (желательно, как можно дальше от жилого дома)
• рассчитать ежедневные объемы образуемого навоза
• выбрать местоположение для труб (отгрузочных, погрузочных, конденсирующих влагу)
• найти место для отходов навоза
• выкопать котлован
• приобрести емкость для резервуара и закрепить ее на дне котлована
• загерметизировать все места стыков
• сконструировать люк для осмотра реактора (между люком и реактором обязательно поставить прокладку)

Если установка происходит в холодном климате, то обязательно стоит продумать способы её нагрева.

Завершающим этапом постройки считается проверка оборудования на герметичность.

Расчет количества газа

В среднем, тонна навоза обеспечит владельца сотней кубометров биогаза. Для того чтобы рассчитать количество получаемого биогаза, необходимо умножить ежедневную массу навоза с каждого скота на количество животных.

Естественно, разные животные и птицы дают разное количество навоза:

• птицы (в первую очередь, куры) – 150-170 г в день
• корова — 34-36 кг
• коза – 900 – 1100 г
• лошадь – 14-16 кг
• овца – 900 – 1100 г
• свинья – 4-6 кг

Навоз свиней и коров дает большее количество топлива. Количество выделяемого биогаза можно увеличить, если добавить в смесь просо, ботву свеклы, болотные растения, водоросли или кукурузу (наличие хлорофилла в биомассе улучшает выделение метана).

Отходы биомассы после получения газа

Образуемый после нагревания навоза шлам применяют повсеместно в сельском хозяйстве в виде удобрений.

Образуемый углекислый газ обычно стремятся очистить, но при растворении его в воде получается полезная жидкость.

Полное использование продуктов биогазовой установки

При рациональном использовании навоза, отходов после образования биогаза может не быть вовсе. К примеру, углекислый газ применяют в качестве подкормки для овощных культур.

Шлам также используют для подкорневой подкормки.

Потому при наличии небольшой установки по производству биогаза будет полезно установить и биотеплицу, которая за счет удобрений и полученной энергии может работать круглый год.

Биогаз — Википедия

Метантанк биогазовой установки

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

История

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования^[1].

Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO₂, незначительные примеси H₂ и H₂S.
После очистки биогаза от СО₂ получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объём газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объёмом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубических метрах (м³) метана на 1 кг органического сухого вещества (ОСВ), это намного точнее и красноречивее, нежели данные в м³ биогаза в м³ свежего субстрата.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО₂, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Производство

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантанках.

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

• Ёмкость гомогенизации
• Загрузчик твердого (жидкого) сырья
• Реактор
• Мешалки
• Газгольдер
• Система смешивания воды и отопления
• Газовая система
• Насосная станция
• Сепаратор
• Приборы контроля
• КИПиА с визуализацией
• Система безопасности

Принцип работы установки

Биомасса (отходы или зелёная масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая технология. Например, спиртовая барда перерабатываются с использованием химических добавок. Для кислой меласной барды используется щелочь. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии без химических добавок, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.

Факторы, влияющие на процесс брожения

• Температура
• Влажность среды
• Уровень рН
• Соотношение C : N : P
• Площадь поверхности частиц сырья
• Частота подачи субстрата
• Замедляющие вещества
• Стимулирующие добавки

Температура

Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70ºС. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90ºС. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-4ºС.

Площадь поверхности частиц сырья

Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.

При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.

Применение

Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 установок. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Развивающиеся страны

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек^[2].

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок^[3].

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов^[4].

Потенциал

В России агрокомплекс ежегодно производит 773 миллиона тонн отходов, из которых можно получить 66 миллиардов м³ биогаза, или около 110 миллиардов кВт•ч электроэнергии. Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий^[5].

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей^[6].

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Критика

Использование для производства биогаза энергетических культур подвергается критике со стороны зеленых, в частности в Германии. К отрицательным сторонам среди прочего они относят:

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Получение биогаза

Биогаз получают путем переработки различных видов органических отходов.

Биогаз — это возобновляемое и экологически чистое топливо, изготовленное из 100% местного сырья, которое подходит для различных областей применения, включая топливо для автомобильного транспорта и промышленного использования. Влияние производства биогаза на круговую экономику еще более усиливается за счет органических питательных веществ, извлекаемых в процессе производства.

Получение биогаза осуществляется из широкого спектра сырья. Наибольшую роль в процессе производства биогаза играют микробы, питающиеся биомассой.

Сбраживание, осуществляемое микроорганизмами, приводит к образованию метана, который можно использовать локально или преобразовывать в биогаз, эквивалентный по качеству природному газу, что позволяет транспортировать биогаз на большие расстояния.

Этапы получения биогаза

Получение биогаза происходит с использованием устоявшейся технологии, включающей несколько этапов:

1. Биологические отходы измельчают на более мелкие кусочки и суспендируют, чтобы подготовить их к процессу анаэробного сбраживания. Суспендирование означает добавление жидкости в биоотходы для облегчения обработки.
2. Микробам нужны теплые условия, поэтому биоотходы нагреваются примерно до 37 °C.
3. Фактическое производство биогаза происходит посредством анаэробного сбраживания в больших резервуарах в течение примерно трех недель.
4. На заключительной стадии, газ очищается путем удаления примесей и углекислого газа.

После этого биогаз готов к использованию предприятиями и потребителями, например, в сжиженном виде или с последующей закачкой в сеть газопроводов

Характеристики и свойства биогаза

Биогаз, полученный в процессе сбраживания, состоит в среднем из:

• 50-80% метана
• 15-45% углекислого газа
• 5% другие газы (в основном водород и азот)

Превращение разнообразных материалов в газ

Получение биогаза начинается с прибытия сырья на биогазовую установку. Можно использовать разнообразные виды как твердого, так и шлакоподобного сырья.

Материалы, пригодные для получения биогаза, включают в себя:

• биоразлагаемые отходы предприятий и промышленных объектов, такие как излишки лактозы от производства безлактозных молочных продуктов;
• испорченные продукты из магазинов
• биоотходы, произведенные потребителями
• шлам от очистных сооружени
• навоз и полевая биомасса от сельского хозяйства

Материал обычно доставляется в приемную яму биогазовой установки на грузовике или транспортном средстве для утилизации отходов.

Доставка твердых веществ, таких как биоотходы, далее будет подвержена дроблению, чтобы сделать консистенцию как можно более равномерной. В этот момент вода, содержащая питательные вещества, полученные на следующей стадии производственного процесса, также смешивается с исходным сырьем, чтобы снизить содержание твердого вещества примерно до одной десятой от общего объема.

Это также происходит, когда от смеси отделяются нежелательные не биоразлагаемые отходы, такие как упаковочная пластмасса устаревших пищевых отходов из магазинов. Эти отходы доставляются на очистные сооружения, где они используются для выработки тепла и электроэнергии. Биомасса, прошедшая через суспензию, объединяется с биомассой, подаваемой в виде суспензии на биогазовую установку, и перекачивается в резервуар предварительного варочного котла, где ферменты, выделяемые бактериями, расщепляют биомассу до еще более тонкой консистенции.

Затем биомасса санируется перед поступлением в собственно биогазовый реактор (варочный котел). При дезинфекции любые вредные бактерии, обнаруженные в материале, удаляются путем нагревания смеси до температуры выше 70 °C в течение одного часа. После дезинфекции масса закачивается в главный реактор, где получается биогаз. Дезинфекция позволяет использовать продукт удобрения в сельском хозяйстве.

Превращение микробов биомассы в газ

В биогазовом реакторе начинается микробиологическое действие, и биомасса вступает в постепенный процесс ферментации.

На практике это означает, что микробы питаются органическими веществами, такими как белки, углеводы и липиды, и их переваривание превращает их в метан и углекислый газ.

Большая часть органического вещества распадается на биогаз — смесь метана и углекислого газа — примерно за три недели. Биогаз собирается в сферическом газовом держателе сверху биогазовых реакторов.

Дигестат используется в качестве удобрения или садовой почвы

Остаточные твердые вещества и жидкости, образующиеся при получении биогаза, называются дигестатом. Дигестатпоступает в реактор после варочного котла и оттуда далее в резервуары для хранения. Дигестаты хорошо подходят для таких применений, как удобрение полей.

Также Дигестаты могут быть центрифугированы для разделения твердой и жидкой частей.

Твердые дигестаты используются, например, в качестве удобрений, в сельском хозяйстве или в озеленении, а также могут превращаться в садовую почву в процессе созревания с использованием компостирования.

Дигестаты центрифугируют для получения достаточного количества технологической воды для суспендирования биологических отходов в начале процесса. Это помогает сократить использование чистой воды. Центрифугированная жидкость богата питательными веществами, в частности азотом, которые могут быть дополнительно отделены с помощью таких методов, как технология отгонки, и использованы в качестве удобрений или источников питательных веществ в промышленных процессах.

Чистый биогаз помогает двигаться к низкоуглеродистому обществу

Газ уже был бы готов к нескольким применениям прямо из держателя газа биогазовой установки. Однако перед впрыском в сеть газопроводов или в качестве топлива для транспортных средств он все равно будет подвергаться очистке.

В этом процессе модернизации газ фильтруется и подается в колонны, где он очищается каскадной водой при очень определенных давлении и температуре. Вода эффективно поглощает содержащиеся в газе соединения углекислого газа и серы.

Биогаз также может быть очищен с использованием других методов, таких как пропускание через фильтры с активированным углем для удаления примесей.

Конечный модернизированный биогаз, закачиваемый в газовую сеть, составляет не менее 95% и обычно около 98% метана. Модернизированный биогаз все еще содержит пару процентов углекислого газа, поскольку его дальнейшее отделение от метана неэффективно с экономической точки зрения, не говоря уже о целесообразности использования газа. Биогаз тщательно высушивают перед впрыском в газовую сеть, чтобы предотвратить конденсацию в зимних отрицательных условиях.

Полученный биогаз может быть использован для таких целей, как заправка муниципальных транспортных средств для утилизации отходов, городских автобусов или частных автомобилей. В то же время газ служит доказательством тех практических действий, которые ведут нас к низкоуглеродному обществу будущего.

Состав биогаза

Состав биогаза

Биогаз характеризуется своим химическим составом и
в
физические характеристики, которые в результате этого. Это прежде всего
смесь метана (Ч5) и инертного углекислого газа (СО2). Однако имя
«Биогаз» собирает большое количество газов, образующихся в результате определенных
процессы обработки, начиная с различных органических отходов — производства,
отходы животного или бытового происхождения и т. д.

Химический состав

Разное
источники производства приводят к различным специфическим составам.В
присутствие h3S, CO2 и воды делает биогаз очень агрессивным и
требуют использования адаптированных материалов. Состав выдаваемого газа
от варочного котла зависит от субстрата, от содержания в нем органических веществ,
и скорость подачи варочного котла

Физические характеристики

По своему составу биогаз
представляет характеристики, которые интересно сравнить с природным газом и
пропан.Биогаз — это газ значительно легче воздуха, он производит
вдвое меньше калорий при сжигании при равном объеме природного газа.

Состав биогаза

Состав биогаза

«Состав биогаза варьируется в зависимости от происхождения процесса анаэробного сбраживания.Обычно в свалочном газе концентрация метана составляет около 50% [другим основным газом является диоксид углерода]. Передовые технологии обработки отходов позволяют производить биогаз с содержанием метана 55–75%, который для реакторов со свободными жидкостями может быть увеличен до 80–90% метана с использованием методов очистки газа на месте ».

«В процессе производства биогаз содержит водяной пар. Долевой объем водяного пара является функцией температуры биогаза; Коррекция измеренного объема газа на содержание водяного пара и тепловое расширение легко выполняется с помощью простой математики, которая дает стандартизованный объем сухого биогаза.»

« В некоторых случаях биогаз содержит силоксаны. Они образуются в результате анаэробного разложения материалов, обычно содержащихся в мыле и моющих средствах ».

Источник: Википедия Биогаз Страница

Единицы, используемые для сравнения с энергетическими продуктами на основе нефти и природного газа

Следующая ссылка предоставляет полезный источник для коэффициентов преобразования и единиц, используемых в энергетической отрасли:

Нефтяная промышленность Ссылка на конверсию Страница

Анаэробное сбраживание — Производство газа

Майкл Рассел

Типичная газовая система включает крышку варочного котла, устройства сброса давления и вакуума, водоотделитель, пламегаситель, регулятор давления, газовый счетчик, обратный клапан , манометры, горелка для отработанных газов и газгольдер.Для смешивания варочных котлов с помощью рециркуляции газа требуется компрессор.

Варочный котел накрыт, чтобы сдерживать запахи, поддерживать температуру, не пропускать воздух и собирать газ. Фиксированные крышки более обычны, чем плавающие. Во время нормальной работы между крышкой и жидкой поверхностью содержимого варочного котла есть пространство для сбора газа. Крышка варочного котла имеет определенные уникальные особенности, о которых обслуживающий персонал должен знать, например, как изменение давления и уровня внутри варочного котла может повлиять на крышку.Самая большая опасность, связанная с работой варочных котлов с фиксированной крышкой, возникает, когда устройство сброса давления, установленное наверху варочного котла, выходит из строя или линия перелива ила блокируется, а уровень жидкости в варочном котле продолжает повышаться. В такой ситуации избыточное давление газа внутри метантенка может превысить максимальное расчетное давление и повредить крышку или ее крепления. Неподвижные крышки также могут быть повреждены из-за избыточного разрежения (вакуума), или если скорость удаления осадка превышает скорость подачи, или если устройство сброса вакуума выходит из строя.

Функция устройства сброса давления заключается в том, чтобы позволить давлению, превышающему безопасный уровень, выйти из метантенка. В спецификациях производителя должна быть указана следующая информация, позволяющая обслуживающему персоналу безопасно управлять газовой системой. (a) Нормальное рабочее давление системы (мм вод. ст.). (b) Давление, при котором должно срабатывать устройство сброса давления. (c) Номинальная пропускная способность труб по газу.

Газовая система обычно включает три устройства сброса давления; один установлен на крышке варочного котла, один на газгольдере и один расположен в конце газовой линии перед газовой горелкой.Это устройство выпускает газ в горелку для отработанного газа до того, как будет достигнуто расчетное давление газа в крышке метантенка.

Устройство сброса вакуума работает противоположно устройству сброса давления и позволяет воздуху попадать в метантенк в случае слишком быстрого удаления осадка. В нормальных условиях воздух не должен попадать в метантенк, поскольку смесь воздуха и метана является потенциально взрывоопасной.

Газ, выходящий из метантенка, почти насыщен водяным паром.Когда газ охлаждается, водяной пар конденсируется, вызывая проблемы. Проблема более серьезна, когда варочные котлы нагреваются. Для решения проблемы необходимо удалить как можно больше влаги до того, как газ войдет в контакт с устройствами газовой системы. По этой причине водоотделители следует располагать как можно ближе к метантенку. Все трубопроводы должны иметь уклон минимум 1% в сторону водоотделителя, который должен располагаться в нижней точке газопровода.

Пламегасители — это аварийные устройства, устанавливаемые в газовых линиях для предотвращения распространения пламени по газовой линии (обратная вспышка) и попадания в реактор.Пламегаситель обычно представляет собой ящик, заполненный камнем или металлической решеткой. Если в газовой магистрали возникает пламя, температура пламени снижается ниже точки воспламенения, когда оно проходит через ловушку, и пламя гаснет.

Регуляторы давления используются, когда давление ниже, чем рабочее давление системы, требуется для конкретного устройства, такого как водонагреватель котла или мусоросжигательная печь. Регуляторы поддерживают постоянное давление газа в точке использования

Скорость добычи газа, вероятно, является наиболее чувствительным индикатором управления технологическим процессом, имеющимся в распоряжении обслуживающего персонала.Счетчики газа следует регулярно обслуживать, чтобы давать точные и надежные показания газа. Следует прилагать все усилия для калибровки газового счетчика каждые шесть месяцев.

Обратные клапаны (обратные клапаны) установлены в газовой линии, чтобы позволить газу течь только в одном направлении, то есть из метантенка.

Газовые манометры показывают давление в газовой системе и помогают обнаружить любые засоры в линии. Если происходит засорение, показания давления ниже по потоку будут регистрировать более низкое давление, чем показания манометра выше по потоку.

Устройство сброса давления на горелке для отработанного газа безопасно выводит избыток газа в атмосферу и, таким образом, снижает вероятность опасного скопления газа в системе.

Многие предприятия по переработке отходов анаэробного сбраживания имеют средства для хранения избыточного газа. Это может быть либо плавающая крыша на варочном котле, либо отдельный газгольдер.

Смесь биогаза и воздуха может быть взрывоопасной. Метан в концентрации от 5% до 15% в воздухе по объему взрывоопасен.Обслуживающий персонал заводов по переработке отходов должен следить за тем, чтобы воздух не попадал в метантенк или газгольдер. Все трубопроводы и оборудование должны быть герметично закрыты, чтобы предотвратить утечку газа наружу. Запрещается курить, а все электрические устройства, включая выключатели, фонари и т. Д., Должны быть взрывозащищенными, так как малая искра может воспламенить выходящие газы.

Майкл Рассел

Статья Источник: https://EzineArticles.com/?expert=Michael_Russell

http: // EzineArticles.com /? Анаэробное сбраживание — Производство газа & id = 328579

Биогаз | WBDG — Руководство по проектированию всего здания

Введение

На этой странице

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

Биогаз — это газ, образующийся в результате биологического разложения органических материалов. Ферментация или анаэробное сбраживание — наиболее распространенный процесс разрушения органических материалов. Затем органические материалы окисляются и создают энергию, которая восходит к древним персам, которые наблюдали, что гниющие овощи выделяют горючий газ.Анаэробное пищеварение — это процесс, при котором микроорганизмы разрушают органический материал в отсутствие кислорода, что создает энергию. Завод анаэробного сбраживания был построен для обработки сточных вод в Бомбее в 1859 году и используется в Великобритании с 1895 года.

Типы органических материалов включают биомассу, отходы полигонов, сточные воды, навоз и растительный материал. Наиболее распространенные выделяемые газы — это метан и диоксид углерода. Другие общие газы, которые могут образовываться, включают водород, азот и окись углерода.Метан, водород и окись углерода можно сжигать для получения тепла и электричества. Когда биогаз создается из существующих потоков отходов, он уменьшает запахи и выбросы метана и создает два возобновляемых ресурса. Осадок сточных вод и животный навоз обычно превращается в удобрение, поэтому лучше сначала получить топливо из них, одновременно предотвращая сток и выбросы метана. Биогаз не является широко используемой технологией возобновляемой энергии для большинства новых строительных или крупных проектов реконструкции, поскольку большинство зданий не имеют большого источника органических материалов.Тем не менее, проекты, расположенные рядом со свалкой или предприятиями по кормлению животных, могут захотеть рассмотреть этот вариант, поскольку он может обеспечить низкую стоимость энергии.

Метан — очень мощный парниковый газ — более чем в 21 раз сильнее углекислого газа — и является ключевым фактором глобального изменения климата. По оценке Агентства по охране окружающей среды США (EPA), программа по изучению метана на свалках, энергетический проект, связанный со свалочным газом, улавливает примерно от 60% до 90% метана, выбрасываемого со свалки, в зависимости от конструкции и эффективности системы.По состоянию на декабрь 2010 года в Соединенных Штатах имелся 541 действующий энергетический проект, связанный с использованием свалочного газа, и приблизительно 510 свалок, которые являются хорошими кандидатами для проектов.

Этот обзор предназначен для предоставления конкретных подробностей федеральным агентствам, рассматривающим биогазовые технологии как часть крупного строительного проекта. Дополнительную общую информацию можно получить в Управлении энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США (DOE) «Основы энергии анаэробного сбраживания».

Описание

Существует два основных метода регенерации биогаза для использования в качестве энергии. Первый процесс заключается в создании системы анаэробного сбраживания для обработки отходов, чаще всего навоза или другой влажной биомассы. Второй процесс — восстановление производства природного биогаза, образующегося на существующих свалках. После извлечения биогаз можно преобразовать в энергию несколькими способами.

Анаэробное пищеварение

Система анаэробного сбраживания состоит из нескольких ключевых компонентов, в том числе:

• Системы сбора навоза
• Анаэробные варочные котлы
• Системы обращения с биогазом
• Приборы для использования газа.

Система сбора навоза необходима для сбора навоза и транспортировки его в метантенк. Существующие системы управления жидким / жидким навозом можно легко адаптировать для доставки навоза в анаэробный варочный котел. Анаэробные варочные котлы, обычно в виде закрытых лагун или резервуаров, предназначены для стабилизации навоза и оптимизации производства метана. Также требуется хранилище для сточных вод варочного котла или отходов. В системе обработки биогаза биогаз — продукт разложения навоза, обычно содержащий около 60% метана и 40% диоксида углерода — собирается, обрабатывается и подается по трубопроводу в устройство для использования газа.Затем биогаз можно использовать для выработки электроэнергии, в качестве котельного топлива для отопления помещений или нагрева воды, для повышения качества трубопроводов природного газа или для множества других целей. Факелы также устанавливаются для уничтожения лишнего газа и в качестве резервного механизма для основного устройства использования газа.

Этапы анаэробного процесса пищеварения.

Анаэробные варочные котлы изготавливаются из бетона, стали, кирпича или пластика. Все конструкции систем анаэробного сбраживания включают следующие основные компоненты:

• Зона предварительного смешивания или резервуар
• Емкость варочного котла
• Система использования биогаза
• Система распределения или распределения сточных вод.

Варочные котлы периодического действия и варочные котлы непрерывного действия — это два основных типа анаэробных варочных котлов. Варочные котлы периодического действия самые простые в изготовлении. Их работа заключается в загрузке варочного котла органическими материалами и обеспечении их переваривания. Время удерживания зависит от температуры и других факторов. После завершения пищеварения сточные воды удаляются, и процесс повторяется.

В варочном котле непрерывного действия органический материал постоянно или регулярно подается в варочный котел.Материал движется через варочный котел либо механически, либо под действием нового корма, выталкивающего сброженный материал. В отличие от варочных котлов периодического действия, варочные котлы непрерывного действия производят биогаз без прерывания загрузки материала и выгрузки сточных вод. Существуют три типа варочных котлов непрерывного действия: системы с вертикальными резервуарами, системы с горизонтальными резервуарами или поршневыми системами и системы с несколькими резервуарами.

Правильная конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание варочных котлов непрерывного действия обеспечивают стабильную и предсказуемую поставку пригодного для использования биогаза, который лучше подходит для крупномасштабных операций.

Утилизация свалочного газа

Станция очистки свалочного газа с нагнетателем и факелом.

Тот же самый процесс анаэробного сбраживания, при котором биогаз образуется из сточных вод и навоза, естественным образом происходит под землей на свалках. Отходы покрываются и сжимаются под весом материала, размещенного выше. Этот материал предотвращает воздействие кислорода, тем самым позволяя химическим реакциям и микробам воздействовать на отходы и способствуя неконтролируемому процессу разложения биомассы.На скорость производства влияет состав отходов и геометрия полигона. Свалочный газ состоит примерно на 40-60% из метана, а остальная часть состоит в основном из диоксида углерода.

Свалочный газ извлекается со свалок с помощью ряда скважин и системы нагнетания / факела. Согласно программе Landfill Methane Outreach Program, система направляет собранный газ в центральную точку, где его можно обрабатывать и обрабатывать в зависимости от конечного использования газа. Система сбора свалочного газа включает следующие компоненты:

• Скважина для свалочного газа
• Устье свалочного газа
• Переработка и подготовка свалочного газа
• Факел для свалочного газа.

Схема системы свалочного газа.

Приложение

Биогаз наиболее эффективно используется в системах отопления, так как тепло от сгорания может использоваться напрямую. Для этого требуется, чтобы на объекте была постоянная тепловая нагрузка в течение года, что является обычным явлением для таких типов зданий, как больницы и жилые дома. Биогаз также можно использовать для работы топливного элемента или генератора для производства электроэнергии. Если объект не имеет постоянной круглогодичной тепловой нагрузки, например, больница или жилой дом, производство электроэнергии может быть наиболее ценным использованием биогаза.

Биогаз также можно использовать для производства электроэнергии и прямого сжигания. Коммерческие системы производства электроэнергии, использующие биогаз, состоят из двигателя внутреннего сгорания, генератора, системы управления и дополнительной системы рекуперации тепла. Кроме того, топливные элементы могут использовать биогаз для производства электроэнергии. Прямое сжигание биогаза на месте в котле или печи с принудительной подачей воздуха может обеспечить сезонное тепло для помещений. Дополнительную информацию об этих приложениях можно получить в Институте возобновляемой энергии.

См. Страницу ресурсов по топливным элементам для получения дополнительной информации о топливных элементах.

Анаэробное пищеварение

Фермы и ранчо — это обычные места, где анаэробное пищеварение может иметь смысл, поскольку обычно доступны большие количества органического материала. Варочные котлы эффективно устраняют экологические опасности молочных ферм и других животноводческих ферм. Экологические причины обычно мотивируют фермеров чаще, чем потенциал выработки электрической или тепловой энергии варочным котлом.Другими потенциальными распространенными видами использования являются зоопарки или любые объекты, расположенные рядом с непрерывным источником биомассы, такие как операции по кормлению животных в замкнутых системах.

Программа AgSTAR Агентства по охране окружающей среды

предоставляет набор информации и инструментов, предназначенных для помощи производителям в оценке и внедрении этих систем. Как правило, система должна быть большой, например, в помещении для кормления животных или в зоопарке. Федеральные агентства, расположенные рядом с такими объектами, могут захотеть изучить возможность партнерства по обеспечению постоянного биогаза на предприятии.

Утилизация свалочного газа

Когда федеральный объект расположен рядом или рядом с полигоном с существующей системой сбора газа или с возможностью восстановления на полигоне, агентство может захотеть изучить потенциал партнерства с полигоном или работать с разработчиком для создания биогаза. процесс рекуперации, который обеспечит надежный возобновляемый газ для федерального объекта.

Экономика

При использовании систем анаэробного сбраживания и утилизации свалочного газа следует учитывать следующие экономические факторы.

Анаэробное пищеварение

Стоимость систем анаэробного варочного котла сильно различается, особенно потому, что эти типы систем могут быть собраны с использованием стандартных материалов. Есть также несколько компаний, которые производят системные компоненты. Конструкция этих систем имеет решающее значение, и они должны быть тщательно спроектированы экспертами, чтобы гарантировать, что процесс действительно переваривает отходы в различных условиях эксплуатации на объекте. Перед установкой анаэробного варочного котла, также известного как биодигестер, на ферме или ранчо, рекомендуется изучить экономическую ценность и потенциальные выгоды системы.

Биодигестеру обычно требуется навоз от более чем 150 крупных животных для выработки электроэнергии наиболее экономичным способом. Анаэробное сбраживание и производство биогаза также могут снизить общие эксплуатационные расходы там, где высоки затраты на удаление сточных вод, сельскохозяйственных или животноводческих отходов.

В Соединенных Штатах доступность недорогого ископаемого топлива ограничила использование варочных котлов исключительно для производства биогаза. Однако преимущества контролируемого анаэробного сбраживания в отношении обработки отходов и уменьшения запаха вызывают все больший интерес, особенно для крупных животноводческих хозяйств, таких как молочные фермы, откормочные площадки и бойни.Во многих случаях экономика системы основана не на самой низкой стоимости энергии; но если проект может сочетать внутрихозяйственные преимущества варочного котла с долгосрочным контрактом на биогаз, экономические соображения могут иметь смысл либо для фермы, либо для разработчика.

Утилизация свалочного газа

Как указано в Программе охвата метана на свалках Агентства по охране окружающей среды, действующие правила Закона о чистом воздухе требуют, чтобы многие более крупные свалки собирали и сжигали свалочный газ. Существует несколько вариантов соблюдения требований, включая сжигание газа или установку системы использования свалочного газа.Только рекуперация энергии из свалочного газа дает общинам и владельцам свалок возможность снизить затраты, связанные с соблюдением нормативных требований, за счет превращения загрязнения в ценный общественный ресурс.

Опять же, доступная энергия не может быть движущей силой утилизации свалочного газа, но партнерство с федеральным агентством, которое способно обеспечить долгосрочное использование биогаза, могло бы улучшить экономические показатели системы этого типа.

Оценка доступности ресурсов

Для системы анаэробного сбраживания или утилизации свалочного газа необходимо оценить следующие ресурсы.

Анаэробное пищеварение

Системы регенерации биогаза технически осуществимы там, где навоз обрабатывается в жидком, жидком или полутвердом состоянии, тогда как системы варочного котла технически возможны только на определенных фермах. Количество животных и тип системы управления навозом имеют решающее значение. Анаэробные варочные котлы наиболее подходят для хозяйств, собирающих большие количества навоза в виде жидкости или навозной жижи. Чтобы определить, подходит ли система регенерации биогаза для конкретного объекта, необходимо учитывать следующие факторы:

• Как обрабатывается навоз на предприятии?
• Как часто собирают навоз?
• Какие существуют варианты использования восстановленного биогаза?

Чтобы узнать больше о возможности использования системы регенерации биогаза для конкретного предприятия, посетите программу AgSTAR Агентства по охране окружающей среды.

Утилизация свалочного газа

Ключевыми моментами, которые необходимо изучить для определения возможности улавливания свалочного газа, являются возраст свалки, размер и типы выделяемых газов. Для улавливания свалочного газа лучше всего иметь новый закрытый полигон, потому что производство свалочного газа значительно снижается через 20–30 лет. Типы газов, которые выделяются на свалке, можно определить, выполнив следующие испытания: просверливание отверстия в свалке, создание вакуума на свалке и определение скорости и типов генерируемых газов.Необходимо провести подробное исследование свалочного газа, чтобы определить возможность использования свалочного газа. По оценкам EPA, в США около 6000 свалок. Чтобы узнать, где находятся все существующие и потенциальные свалки, посетите программу EPA Landfill Methane Outreach Program. На веб-сайте также есть калькулятор энергетической отдачи от свалочного газа для оценки прямого, предотвращенного и общего сокращения выбросов парниковых газов для конкретного проекта.

Рекомендации по закупкам

Следующие вопросы должны быть рассмотрены до подачи заявки на предложение свалочного газа: государственная собственность по сравнению с частной, законы и политика, потенциальные финансовые и нефинансовые выгоды для муниципалитета, требуемые и доступные ресурсы и предварительный анализ осуществимости.Риски закупок включают слишком низкую или слишком большую ценность для муниципалитета, капитальные и операционные затраты, доступ к заемному и собственному капиталу, доступ к федеральной субсидии или федеральному инвестиционному налоговому кредиту, продажные цены кредитов на возобновляемые источники энергии и электроэнергии, а также монетизированную стоимость углеродных кредитов .

Как правило, источник биогаза не находится в федеральной собственности, и требуется отдельное владение биогазовой системой. Агентству следует изучить различные варианты финансирования проекта по возобновляемым источникам энергии.

Руководство Федеральной программы управления энергетикой (FEMP) по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о финансировании проектов в области возобновляемых источников энергии.

Эксплуатация и обслуживание

Для метантенков малого и среднего размера с электрическими генераторами затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) включают ежедневный труд оператора по выполнению планового технического обслуживания и перекачиванию навоза. К другим факторам относятся расходы на замену моторного масла и мелкий ремонт, а также техническое обслуживание, такое как капитальный ремонт двигателя и удаление шлама.Годовая стоимость эксплуатации и техобслуживания оценивается в 3% от стоимости установки под ключ.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание системы сбора свалочного газа составляют примерно 25 долларов США за акр в месяц. Это учитывает различные детали, замену, мониторинг и трудозатраты на ЭиТО системы сбора газа.

Особые соображения

Ниже приведены важные особенности биогазовых систем.

Межсоединение

Биогазовая система, которая будет использоваться для производства электроэнергии, должна быть подключена к местной коммунальной сети и должна соответствовать требованиям к межсетевым соединениям местного коммунального предприятия.Во многих штатах или населенных пунктах есть руководящие принципы, требующие объединения многих энергетических проектов, находящихся в собственности потребителей. Некоторые руководящие принципы ограничивают размер проекта, который может быть соединен между собой, или устанавливают общесетевой предел мощности, которую коммунальное предприятие должно соединить. Локальная утилита для сайта — лучший ресурс для правил межсетевого взаимодействия.

Федеральное агентство должно подтвердить на раннем этапе обсуждения с коммунальным предприятием, может ли оно подписать соглашение о межсетевом соединении, поскольку были некоторые случаи, когда положения о компенсации коммунального предприятия препятствовали юридическому подписанию соглашения агентством.

База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности (DSIRE) является исчерпывающим источником информации о государственных, местных, коммунальных и федеральных стимулах и политиках, которые продвигают возобновляемые источники энергии и энергоэффективность.

Экологическая экспертиза / разрешение

Если проект расположен на федеральной земле или использует федеральное финансирование (помимо налогового кредита), он должен соответствовать Закону о национальной экологической политике (NEPA). Хотя системы анаэробного сбраживания и утилизации свалочного газа имеют чистый положительный эффект удаления вредных выбросов из воздуха, они все же могут столкнуться с проблемами при проверке NEPA.Однако, если проекты находятся не на федеральных землях и не принадлежат агентству, процесс NEPA может не требоваться для некоторых систем. Рекомендуется проконсультироваться с экологическим экспертом агентства по процедурам реализации NEPA.

Дополнительные ресурсы

Институт возобновляемой энергии располагает дополнительной информацией и ресурсами по биогазовым технологиям.

Анаэробное пищеварение

Программа AgSTAR Агентства по охране окружающей среды — это добровольная просветительская и образовательная программа, которая способствует извлечению и использованию метана из навоза животных.

Утилизация свалочного газа

Программа EPA по изучению метана на свалках — это программа добровольной помощи, которая помогает сократить выбросы метана со свалок путем поощрения рекуперации и полезного использования свалочного газа в качестве энергетического ресурса. Калькулятор энергетической выгоды от свалочного газа позволяет оценить прямые, предотвращенные и общие сокращения выбросов парниковых газов для проекта.

биогаз

Биогаз обычно означает газ, образующийся в результате биологического разложения органических веществ в отсутствие кислорода.Биогаз состоит в основном из метана и диоксида углерода. Биогаз происходит из биогенного материала и является разновидностью биотоплива. Биогаз — это продукт анаэробного сбраживания или ферментации биоразлагаемых материалов, таких как навоз или сточные воды, бытовые отходы и энергетические культуры.

Метан, содержащийся в биогазе, позволяет использовать его в качестве топлива. При сгорании выделяется энергия. В развивающихся странах биогаз можно использовать в качестве недорогого топлива для приготовления пищи. Его также можно использовать на современных предприятиях по переработке отходов, где его можно использовать в газовых двигателях для выработки электроэнергии.Биогаз — это возобновляемое топливо, и электроэнергия, произведенная из него, может быть использована для привлечения субсидий на возобновляемую энергию в некоторых частях мира.

Рекомендуемые дополнительные знания

Производство

Основные статьи: анаэробное сбраживание и свалочный газ

В зависимости от того, где он производится, биогаз также может называться болотным, болотным, свалочным газом или газом метантенка.Биогазовая установка — это название, которое часто называют анаэробным варочным котлом, который обрабатывает сельскохозяйственные отходы или энергетические культуры.

Биогаз можно производить с использованием анаэробных варочных котлов. Эти растения можно кормить энергетическими культурами, такими как кукурузный силос или биоразлагаемыми отходами, включая осадок сточных вод и пищевые отходы.

Свалочный газ образуется при разложении органических отходов в анаэробных условиях на свалке. Отходы покрываются и сжимаются механически и под весом материала, который укладывается сверху.Этот материал предотвращает доступ кислорода к отходам и процветанию анаэробных микробов. Этот газ накапливается и медленно выбрасывается в атмосферу, если полигон не был спроектирован для улавливания газа. Свалочный газ опасен по трем основным причинам. Свалочный газ становится взрывоопасным, когда он выходит с полигона и смешивается с кислородом в более низких и высоких пределах взрываемости. Метан в биогазе образует в воздухе взрывоопасные смеси. Нижний предел взрываемости составляет 5% метана, а верхний предел взрываемости — 15% метана. ^[1] Метан, содержащийся в биогазе, в 20 раз более мощный парниковый газ, чем диоксид углерода. Следовательно, неизвлекаемый свалочный газ, который улетучивается в атмосферу, в значительной степени способствует последствиям глобального потепления. В дополнение к этому летучие органические соединения (ЛОС), содержащиеся в свалочном газе, способствуют образованию фотохимического смога.

Состав

Состав биогаза варьируется в зависимости от происхождения процесса анаэробного сбраживания.Обычно в свалочном газе концентрация метана составляет около 50%. Передовые технологии обработки отходов позволяют производить биогаз с 55-75% CH ₄ ^[3] .

Основная статья: Силоксаны

В некоторых случаях биогаз содержит силоксаны. Эти силоксаны образуются в результате анаэробного разложения материалов, обычно содержащихся в мыле и детергентах. При сжигании биогаза, содержащего силоксаны, выделяется кремний, который может соединяться со свободным кислородом или другими элементами в газе сгорания.Образуются отложения, содержащие в основном кремнезем ( S i O ₂ ) или силикаты ( S i _x O _y ), а также могут содержать серу. , цинк, фосфор. Эти белые минеральные отложения достигают толщины поверхности в несколько миллиметров и должны быть удалены химическими или механическими средствами.

Приложения

Биогаз может использоваться для производства электроэнергии, отопления помещений, нагрева воды и технологического нагрева.В сжатом виде он может заменить сжатый природный газ для использования в транспортных средствах, где он может служить топливом для двигателя внутреннего сгорания или топливных элементов.

В Индии биогаз, полученный в результате анаэробного сбраживания навоза в небольших установках для сбраживания, называется гоберским газом. В Индии биогаз производится более чем в 2 миллионах домашних хозяйств. Варочный котел представляет собой герметичную круглую яму из бетона с трубным соединением. Навоз направляют в яму, обычно прямо из хлева.Затем яма заполняется необходимым количеством сточных вод. Газовая труба подключается к кухонному камину через регулирующую арматуру. При сжигании полученного таким образом горючего биогаза очень мало запаха и дыма. Благодаря простоте реализации и использованию дешевого сырья в деревнях, это один из наиболее экологически безопасных источников энергии для нужд сельской местности.

Метан в биогазе может быть сконцентрирован до тех же стандартов, что и природный газ, когда его называют биометаном.Если местная газовая сеть позволяет это, производитель биогаза может использовать местные газораспределительные сети. Газ должен быть очень чистым, чтобы обеспечить качество трубопровода, и должен иметь правильный состав, который может принять местная распределительная сеть. При наличии двуокиси углерода, воды, сероводорода и твердых частиц необходимо удалить. В концентрированном и сжатом виде его также можно использовать в транспортных средствах. Сжатый биогаз находит широкое применение в Швеции, Швейцарии и Германии. Поезд, работающий на биогазе, эксплуатируется в Швеции с 2005 года. ^{[4] [5]}

Бейтс и его биогазовая машина были предметом короткометражного документального фильма под названием «Сладкий как орех» в 1974 году, когда он 17 лет работал на своей машине на газе. были произведены переработкой свиного навоза. Изобретатель Бейтс жил в Девоне, Великобритания, и в фильме рассказывает о простом процессе и преимуществах эксплуатации автомобиля на биогазе. Преобразование производилось просто с помощью адаптера, прикрепленного к любому двигателю внутреннего сгорания.

Законодательство

В настоящее время в Европейском Союзе действует одно из самых строгих законов в отношении обращения с отходами и свалок, которое называется Директивой о полигонах.В США действуют законы против свалочного газа, поскольку он содержит эти летучие органические соединения. Закон США о чистом воздухе и раздел 40 Свода федеральных правил (CFR) требует от владельцев полигонов оценки количества выбрасываемых неметановых органических соединений (NMOC). Если расчетные выбросы NMOC превышают 50 тонн в год, владелец полигона должен собирать свалочный газ и обрабатывать его для удаления захваченных NMOC. Очистка свалочного газа обычно происходит путем сжигания. Из-за удаленности свалок иногда экономически нецелесообразно производить электричество из газа. Дружественные топливные поезда (30 октября 2005 г.) New Straits Times, стр. F17.

Что такое биогаз? | Desotec

Введение: Что такое биогаз?

Биогаз производится путем анаэробного сбраживания (AD) или ферментации органических веществ, в том числе органических фракций бытовых и промышленных отходов, навоза, осадка сточных вод, энергетических культур, биоразлагаемых отходов на свалках или любого другого биоразлагаемого сырья в анаэробных условиях.В промышленно развитых странах биогаз производится во время анаэробного сбраживания (AD) органических субстратов в крупномасштабных биогазовых метантенках . Биогаз также производится во время анаэробной деградации на свалках и затем называется свалочным газом.

Анаэробный реактор

Биогаз в основном содержит метан и диоксид углерода, а также небольшие количества других газов и микроэлементов, таких как сероводород, аммиак, силоксаны, кислород, меркаптаны и т. Д.Газ обычно насыщен водой. Валоризация биогаза обычно происходит в газовых турбинах или двигателях внутреннего сгорания, соединенных с генератором переменного тока. Типичная мощность биогаза составляет 1 МВт / 500 Нм³ / ч. В зависимости от конечного использования, источника сырья и местных законодательных требований по охране окружающей среды необходимы различные этапы обработки биогаза .

Что такое биогаз: состав

Во время анаэробного сбраживания органический материал расщепляется в несколько этапов различными типами микроорганизмов.Конечными продуктами являются газ, содержащий в основном метан и диоксид углерода, называемый биогазом; и суспензия или твердая фракция, состоящая из того, что осталось от расщепленного субстрата, называемая дигестатом. Состав биогаза и выход биогаза будут зависеть от состава субстрата, используемого во время анаэробного сбраживания.

Таблица1 Состав биогаза

Комплексные биогазовые решения от DESOTEC с активированным углем

Для повышения качества неочищенного биогаза газ обычно очищается от нежелательных веществ, таких как сероводород, кислород, азот, вода и твердые частицы. Основная причина этого — предотвратить коррозию и механический износ оборудования, в котором используется биогаз.Активированный уголь DESOTEC является лидером в очистке биогаза в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, на свалках и на муниципальных станциях очистки сточных вод. Очистка биогаза заключается в удалении соединений сероводорода и силоксанов из фильтруемой среды.

Ищете комплексное решение для обработки биогаза ? Обязательно свяжитесь с нами !

О биогазе и биометане | Европейская биогазовая ассоциация

Европа сегодня является крупнейшим производителем биогаза.Производство биогаза — это процесс микробиологической ферментации, в котором сложные молекулы органического вещества расщепляются на более простые молекулы, такие как спирт, диоксид углерода _, и метан в отсутствие кислорода. Этот естественный процесс, также называемый анаэробным сбраживанием, используется во многих сферах, таких как ферментация хлеба или пивоварение. Результатом этого процесса является возобновляемый газ, который может обеспечивать тепло, электроэнергию и топливо для наших транспортных средств, одновременно защищая окружающую среду и способствуя развитию сельских районов.

Возобновляемый, гибкий, способствующий декарбонизации

Биогаз производится в основном из органических остатков и состоит из 45 — 85 об.% Метана (CH ₄ ) и 25 — 50 об.% Диоксида углерода (CO ₂ ). Как и другие возобновляемые источники энергии, биогаз может способствовать сокращению выбросов парниковых газов в различных секторах. Его можно использовать для производства электроэнергии и тепла, в качестве транспортного топлива или в качестве сырья для дальнейшего использования. Конкурентное преимущество биогаза по сравнению с другими возобновляемыми источниками состоит в том, что он использует преимущества существующей инфраструктуры и его можно хранить, обеспечивая альтернативу периодическим генерациям из других источников, таких как солнечная и ветровая энергия, и обеспечивая безопасность поставок.

Электричество и тепло

Комбинированные теплоэнергетические двигатели (ТЭЦ) — распространенный путь повышения стоимости биогаза в Европе. Идея ТЭЦ заключается в том, что совместное производство электрической и тепловой энергии более эффективно, чем их отдельное производство. В зависимости от конструкции биогазовых установок часть тепла от ТЭЦ используется для процесса ферментации. Например, биогазовым реакторам необходимо тепло, чтобы поддерживать нужную температуру. Произведенная электроэнергия в основном закачивается в электрическую сеть, тогда как оставшееся производство тепла используется для близлежащих систем отопления.

Транспорт

Биометан — это очищенная форма неочищенного биогаза, полученного в результате анаэробного сбраживания, который может использоваться как заменитель природного газа. CO ₂ , H ₂ O, H ₂ S и другие примеси удаляются во время производства биометана, оставляя высококалорийный и чистый газ. Его можно использовать для всех приложений конечного пользователя природного газа (отопление и охлаждение, электроэнергетика, транспорт и т. Д.). В транспортном секторе он используется в качестве биотоплива в виде заменителя КПГ или СПГ, называемого био-КПГ или био-СПГ.Биометан на транспорте очень эффективен, когда речь идет о сокращении выбросов парниковых газов, если учитывать полный углеродный след транспортных средств (Well-to-Wheel). Биометан можно сжижать, например, в тяжелом транспорте и на море, которые сложно электрифицировать.

Союзник экономики замкнутого цикла

Утилизация отходов

Биогаз производится в основном из органических остатков. Это могут быть энергетические культуры, побочные продукты растений, побочные продукты животного происхождения, биологические отходы домашних хозяйств или промышленные и коммерческие органические отходы.Кроме того, его можно извлекать из потоков сточных вод или свалок.

Дайджестат

Дигестат — это оставшаяся часть деградированной биомассы после производства биогаза: это стабильное органическое вещество, богатое различными питательными веществами (N, P, K). В зависимости от сырья, используемого для производства биогаза, дигестат может быть непосредственно использован в качестве органического удобрения точно так же, как сырые жидкие навозные жижи распределяются на полях в сельском хозяйстве. Его также можно дополнительно модернизировать для извлечения высококачественных минеральных питательных веществ.Использование дигестата в качестве органического удобрения имеет множество преимуществ: он позволяет повторно использовать питательные вещества и заменяет минеральные удобрения ископаемого происхождения. По сравнению с необработанным навозом, дигестат также подвергается дезинфекции благодаря процессу производства биогаза, нейтрализующему большинство патогенов исходного сырья, таких как бактерии и болезни сельскохозяйственных культур. Однородность и плотность дигестата также обеспечивают более быстрое проникновение в почву по сравнению с необработанным навозом, делая питательные вещества более доступными для растений в почве.Если дигестат непригоден для сельскохозяйственных целей, его можно переработать и использовать в качестве сырья для промышленных процессов.

Двуокись углерода

После очистки биогаза до биометана диоксид углерода остается как побочный продукт. Поток углекислого газа можно использовать в пищевой промышленности или использовать для максимального увеличения потенциала фотосинтеза в теплицах.