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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Нейрон из кожи 04.05.2015 В клеточной инженерии получен очередной важный результат: клетки кожи удалось перепрограммировать в предшественников нейронов гипоталамуса и затем получить из них много различных нейронов, содержащихся в этой важной структуре головного мозга. Гипоталамус известен тем, что выделяет нейропептиды, управляющие множеством реакций человеческого организма. Именно в гипоталамусе находятся нейроны, ведающие аппетитом. Вновь полученные нервные клетки не станут пересаживать пациентам, страдающим от ожирения: ученым они нужны для проведения опытов. Если бы не работа Кевина Эггана и его коллег из Гарвардского университета, подобные опыты были бы невозможны: извлечь клетки гипоталамуса неповрежденными не удавалось не то что из мозга человека, а даже из мозга мыши. Превращение клетки кожи в нейрон было длительным - оно заняло 30 дней. Нейроны давали вполне удовлетворительную реакцию на поступление в них инсулина и лептина: повышение концентраций этих веществ в крови свидетельствует о том, что организм переваривает пищу. Теперь исследователи больше узнают о нейрофизиологии контроля веса, о различных аномалиях этого процесса и, разумеется, смогут тестировать препараты против ожирения.

Другие интересные новости:

▪ Гибкий гидрогель для лечения ран

▪ 7-нм 64-ядерный процессор Huawei для серверов и SSD-контроллер с искусственным интеллектом

▪ Молекулярный электронный чип

▪ Смех помогает победить стресс

▪ Мышь Genius Cam Mouse со встроенной камерой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Предварительные усилители. Подборка статей

▪ статья Не спи, не спи, художник, не предавайся сну. Крылатое выражение

▪ статья В каком ресторане Полковник Сандерс съел худшую курицу в своей жизни? Подробный ответ

▪ статья Сапожник. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Пятиуровневый вольтметр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бамбараские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026