Биоэнергетические установки. Технология получения биогаза. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Ферментация, составляющая основу получения биогаза, дает в итоге окончательные продукты: метан СН₄ (55 - 65%), углекислый газ СО₂ (30 - 35%), водород Н₂ (3 - 5%), в небольшом количестве сероводород и аммиак. По существу ферментация объединяет в себе три биологических процесса: гидролиз, кислое и метановое брожение.

Выход биогаза из соломистого навоза составляет примерно 1 - 1,8 м /сутки на одну голову КРС.

Биогаз обладает средней теплотворностью 20 - 23 МДжм3.

Наряду с биогазом при анаэробном сбраживании отходов животноводства и птицеводства вырабатывается ценное экологически чистое удобрение, лишенное патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, нитритов и нитратов, специфических фекальных запахов.

Потенциальные возможности производства биогаза с использованием отходов животноводства, птицеводства и перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса, очень велики.

Получение биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО)

Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которые вызывают в частности генерацию свалочного газа (СГ). Эмиссии СГ, поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. Это фактически привело к возникновению самостоятельной отрасли мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию свалочного газа.

Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации СГ. Для экстракции свалочного газа на полигонах используется следующая принципиальная схема: сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки СГ до места использования (рис.5.2). Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела.

Рис.5.2. Блок-схема установки для добычи и утилизации биогаза

Для добычи СГ на полигонах ТБО применяются вертикальные скважины. Обычно они располагаются равномерно по территории свалочного тела с шагом 50 - 100 м между соседними скважинами. Их диаметр колеблется в интервале 200 - 600 мм, а глубина определяется мощностью свалочного тела и может составлять несколько десятков метров. Для проходки скважин используется как обычное буровое оборудование, так и специализированная техника, позволяющая сооружать скважины большого диаметра. При этом, выбор того или иного оборудования обусловлен экономическими причинами.

Каждая скважина осуществляет дренаж конкретного блока ТБО, условно имеющего форму цилиндра. Устойчивость работы скважины может быть обеспечена, если ее дебит не превышает объема вновь образующегося СГ. Оценка газопродуктивности существующей толщи ТБО проводится в ходе предварительных полевых газогеохимических исследований.

Сооружение газодренажной системы может осуществляться как целиком на всей территории полигона ТБО после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках полигона в соответствии с очередностью их загрузки. При этом надо учитывать, что для добычи СГ пригодны свалочные тела мощностью не менее 10м. Желательно также, чтобы территория полигона ТБО, на которой намечается строительство системы сбора СГ, была рекультивирована, т. е. перекрыта слоем грунта не менее 30 - 40 см.

В среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течении 10 - 50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120 - 200 куб. м на тонну ТБО. Существенное варьирование газопродуктивности и скорости процесса определяются условиями среды, сложившимися в конкретном свалочном теле. К числу параметров контролирующих биоконверсию относятся влажность, температура, рН, состав органических фракций.

Получение биогаза из отходов сточных вод (ОСВ)

В странах Западной Европы более 20 лет активно занимаются практическим решением проблемы утилизации отходов водоочистных сооружений.

Одной из распространенных технологий утилизации ОСВ является их использование в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Ее доля в общем количестве ОСВ колеблется от 10% в Греции до 58% во Франции, составляя в среднем 36,5%. Несмотря на популяризацию этого вида утилизации отходов, он теряет привлекательность, поскольку фермеры опасаются накопления на полях вредных веществ. В настоящее время в ряде стран использование отходов в сельском хозяйстве запрещено, например, в Голландии с 1995 года.

Сжигание отходов водоочистки занимает третье место по объемам утилизации ОСВ (10,8%). В соответствии с прогнозом в перспективе его доля будет возрастать до 40%, несмотря на относительную дороговизну этого способа. Сжигание осадка в котлах позволит решить экологическую проблему, связанную с его хранением, получить дополнительную энергию при его сжигании, а следовательно снизить потребность в топливно-энергетических ресурсах и инвестициях. Полужидкие отходы целесообразно использовать для получения энергии на ТЭЦ в качестве добавки к ископаемому топливу, например, углю.

Выделяют две наиболее распространенные западные технологии сжигания отходов водоочистки:

• раздельное сжигание (сжигание в жидком кипящем слое (ЖКС) и многоступенчатые топки);
• совместное сжигание (на существующих ТЭЦ, использующих уголь, или на цементных и асфальтовых заводах).

Среди способов раздельного сжигания популярным является использование технологии жидкого слоя, наиболее успешно эксплуатируются топки с ЖКС. Такие технологии позволяют обеспечить устойчивое горение топлива с большим содержанием минеральных составляющих, а также снизить содержание окислов серы в уходящих газах за счет связывания их в процессе горения известняком или щелочноземельными металлами, содержащимися в золе топлива.

Экологические аспекты использования отходов водоочистки

Сопоставление химических составов ОСВ, каменного и бурого углей, сжигаемых на ТЭЦ, показывают, что элементные составы ОСВ и бурого угля отличаются незначительно. В составе ОСВ (6,2% влаги) содержится меньше углерода на 24,5%, чем в каменном угле (12% влаги) и на 5%, чем в буром угле (39% влаги). Доля серы превышает ее удельный вес в угле лишь на 0,2% по сравнению с каменным углем и на 0,4% по сравнению с бурым. Содержание азота в ОСВ сопоставимо с каменным углем и на 2% превышает этот показатель по бурому углю. Сравнение по сухому веществу показывает, что содержание углерода в ОСВ меньше почти на 30%, серы и азота - почти не изменяется.

Химический состав и характеристики золы ОСВ позволяет использовать ее в качестве строительного дорожного материала (при диаметре частиц более 1мм), а также в качестве добавки к цементу или на отвалах в качестве заполнителя.

Возможные варианты утилизации ОСВ

Имеется шесть альтернативных вариантов утилизации осадка сточных вод, основанных как на новых нетрадиционных технологиях, разработанных на базе российского или европейского опыта и не имеющих практического использования, так и на законченных "под ключ" технологиях:

1. Сжигание в циклонной топке на основе барабанных сушильных печей очистных сооружений (российская технология - "Техэнергохимпром", г. Бердск);
2. Сжигание в циклонной топке на основе барабанных котлов очистных сооружений (российская технология - "Сибтехэнерго", Новосибирск и "Бийскэнергомаш", Барнаул);
3. Раздельное сжигание в многоступенчатой топке нового типа (за - падная технология - "NESA", Бельгия);
4. Раздельное сжигание в топке с кипящим слоем нового типа ( западная технология - "Segher" Бельгия);
5. Раздельное сжигание в новой циклонной топке (западная технология - фирмы "Steinmuller", Германия);
6. Совместное сжигание на имеющейся ТЭЦ, работающей на угле.

Получение биогаза из отходов птицефабрик и животноводческих ферм

Возобновляемые ресурсы биомассы различного происхождения накапливаются ежегодно в больших объемах или используются неэффективно.

Эффективное использование биомассы возможно при внедрении соответствующих технологий и оборудования для получения топлива в виде щепы, брикетов, газового и жидкого топлива.

В пользу широкого использования биомассы говорят накопленные экспериментальные материалы обзора:

• биомасса занимает 4-е место в мире среди различных видов топлива;
• биомасса составляет 14% первичных топливно - энергетических ресурсов, а в развивающихся странах - до 35%;
• биомасса при использовании в качестве топлива более экологична - меньше выбросы соединений серы и уровня СО₂ в атмосфере;
• срок окупаемости энергоустановок, работающих на биомассе, не превышает 2 - 4 лет.

Однако в настоящее время ведутся отдельные научно - исследовательские работы по прямому сжиганию биомассы и ее анаэробному сбраживанию.

Получение биогаза из отходов лесного и сельскохозяйственного производства

Для максимального использования в энергетике отходов лесного и сельскохозяйственного производства разработан процесс разложения, заключающийся в скоростном нагреве их без доступа кислорода (воздуха) до температур, при которых скорость выделения требуемых продуктов максимальна. Он предназначен для решения энергетических и экологических проблем.

Параметры процесса быстрого пиролиза, состав и количество выделяемых продуктов предварительно уточняются для каждого типа сырья. Установка разрабатывается для каждого вида сырья. Максимальные температуры переработки определяются температурой существования вещества в конденсированной фазе.

Высокоскоростной нагрев вещества обеспечивает: минимальные потери энергии в окружающую среду; максимальную скорость химического процесса с выделением продуктов в газовую фазу; максимальную концентрацию влаги и ее использование. Скорость нагрева вещества должна превышать скорость физико-химических процессов, протекающих в перерабатываемой массе. Выход жидкого топлива составляет 70% от органической массы сырья. Например, из 1 т. древесных опилок можно получить 700 литров жидкого топлива.

В твердой фазе остаются неорганические компоненты и продукты химической модификации (углеподобный остаток). Количество углеподобного остатка определяется содержанием лигнина и всегда ниже количества остатка, получаемого при других методах переработки.

Для получения основного компонента жидкого топлива газовая фаза конденсируется (образующиеся в процессе низкомолекулярные продукты не конденсируются). Газовая фаза после конденсации или без нее может направляться непосредственно на сжигание. Теплота сжигания (теплотворная способность) основного компонента топлива обычно больше теплотворной способности сухого топлива данного типа. Так теплотворная способность древесины составляет 4500 ккал/кг, а теплота сжигания жидкого топлива - 5500 ккал/кг. Жидкое топливо может использоваться как моторное топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Установка работает за счет электроэнергии или за счет сжигания продуктов переработки или исходного сырья.

Преимущества процесса: высокая скорость, высокая степень превращения перерабатываемой продукции; малые габариты основного узла установки; небольшой расход энергии на единицу перерабатываемой продукции; низкая себестоимость энергии, получаемой из продуктов реакции.

Стоимость установки производительностью по перерабатываемому сырью 2 т в сутки составляет 2,5 млн. руб. При переработке опилок из 2 тонн получается 1,4 тонн жидкого топлива. Годовая производительность - 500 тонн жидкого топлива, при цене 0,1 долл/литр годовой оборот составляет 50 тыс. долл. Срок окупаемости 3 года.

Автор: Магомедов А.М.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Морозоустойчивые электромобили Rivian 07.03.2021 Большинство современных электромобилей теряет часть заряда тяговой батареи после продолжительного нахождения на морозе. Производители рекомендуют оставлять их в таких условиях подключенными к розетке, но это не всегда возможно. Компания Rivian разработала собственный подход к подогреву тяговых батарей, который испытала при сорокаградусных морозах. Предсерийные образцы пикапов были отправлены для тестирования на границу с Канадой, где на полигоне имеются морозильные камеры, позволяющие испытывать транспортные средства при температуре минус 40 градусов Цельсия. Многие автопроизводители пытаются оснастить свои электромобили и гибриды дополнительными электрическими подогревателями батарей, которые расходуют либо их собственный заряд, либо питаются от розетки. Rivian в таких условиях тоже жертвует частью заряда тяговой батареи на собственный подогрев, но дополнительных подогревателей не использует. Инженерам компании удалось научить электродвигатель и инвертор вырабатывать тепловую энергию в тот момент, когда машина неподвижна. Этого тепла хватает для поддержания температуры тягового аккумулятора на уровне 10 градусов Цельсия ниже нуля даже при суровых морозах за бортом. Такая система не только сокращает количество электропотребителей по сравнению с вариантом, использующим подогреватели, но и уменьшает массу транспортного средства. Rivian утверждает, что на обогрев батареи тратится несущественная часть ее заряда. Гораздо важнее, что машина после длительной стоянки на морозе позволяет продолжить движение без существенных потерь в запасе хода - у иных электромобилей они могут достигать трети от начального уровня.

Другие интересные новости:

▪ Пучок холодных атомов без лазерного охлаждения

▪ На Солнце не осталось пятен

▪ Рост рынка потребительских роботов

▪ Axis Vidius - самый маленький дрон с камерой

▪ Биометрические перчатки для пилотов Ф1

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Юдоль плача. Крылатое выражение

▪ статья С каких пор воскресенье стало официальным выходным? Подробный ответ

▪ статья Перевозка, хранение и эксплуатация баллонов со сжатым и сжиженным газом. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Улучшение охлаждения микропроцессоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Защита СВЧ транзисторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026