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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Антивитамины вместо антибиотиков 13.04.2024 Проблема бактериальной резистентности к антибиотикам становится все более серьезной, создавая угрозу для эффективного лечения инфекций. В свете этого исследователи ищут новые пути борьбы с супербактериями. Одним из перспективных направлений является использование антивитаминов, способных оказывать антибактериальное действие. Антивитамины, хоть и известные как вещества, противоположные витаминам, оказались перспективным инструментом в борьбе с бактериальной резистентностью к антибиотикам. Исследование, проведенное учеными из Геттингенского университета в Германии, подтвердило их потенциал в создании новых препаратов для борьбы с опасными инфекциями. В связи с распространением супербактерий, стойких к антибиотикам, появляется необходимость в поиске альтернативных методов лечения. Антивитамины представляют собой молекулы, аналогичные витаминам, но способные подавлять активность бактерий без вреда для организма человека. На данный момент науке известны всего три антивитамина: розеофлавин, гинкготоксин и 2-метокситиамин. Они могут эффективно инактивировать бактерии, не оказывая вредного воздействия на здоровые клетки. Основное преимущество антивитаминов заключается в их способности оказывать антибактериальное действие, сохраняя при этом здоровые ткани организма. Это открывает новые перспективы для создания более безопасных и эффективных антибиотиков. Использование антивитаминов в качестве альтернативы антибиотикам представляет собой перспективное направление в борьбе с бактериальной резистентностью. Результаты исследований дают надежду на разработку новых препаратов, способных эффективно бороться с супербактериями, не создавая опасности для человеческого организма.

Другие интересные новости:

▪ Mercedes на топливных элементах

▪ Передача голоса через Bluetooth Low Energy

▪ Возможно, в гибели Титаника виновата Луна

▪ Влагостойкий и пылезащищенный ридер PocketBook 640

▪ Солнечная ферма в открытом океане

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гражданская радиосвязь. Подборка статей

▪ статья Лешек Кумор. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое скорпион? Подробный ответ

▪ статья Майоран садовый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Бегущие огни. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Программируемый синтезатор частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025