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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Искусственное растение очищает воздух и генерирует электроэнергию 04.10.2024 Современные исследования активно развивают технологии, которые могут имитировать природные процессы, создавая решения для улучшения экологии. Недавно научная группа из Университета Бингемтона разработала уникальное искусственное растение, которое не только очищает воздух, но и генерирует электроэнергию. Этот проект представляет собой двойное преимущество: такие растения не только способствуют снижению углекислого газа (CO2) в окружающей среде, но и вырабатывают "зеленую" энергию. Идея разработки искусственных растений выросла из более ранних исследований по биобатареям, работающим на бактериях. Профессор Сеокхен Чой и его коллега, докторант Марьям Резаи, вдохновившись возможностями фотосинтеза, создали первый искусственный лист, который был частью эксперимента. В ходе работы они обнаружили, что эта технология может стать не просто научным развлечением, а серьезным экологическим решением с широкими практическими применениями. Искусственные растения, созданные учеными, работают на основе биологических солнечных элементов и фотосинтезирующих бактерий. С помощью пяти листьев и уникальной системы они смогли имитировать естественный процесс фотосинтеза: такие растения поглощают углекислый газ, выделяют кислород и производят небольшие объемы электроэнергии. Первые результаты показали, что это искусственное растение может производить около 140 микроватт энергии - пока это небольшие показатели, но ученые намерены увеличить их до одного милливатта, что позволит использовать такие растения для питания портативных устройств. Энергия генерируется во время процесса фотосинтеза, а вода и питательные вещества поступают в "листья" растения через капиллярное действие, как в реальных растениях. Хотя основное внимание пока уделяется улучшению качества воздуха, технология генерации биоэлектричества также имеет потенциал для дальнейшего развития. Следующий шаг - внедрение систем хранения энергии, таких как литий-ионные батареи или суперконденсаторы, чтобы накапливать и использовать полученную энергию более эффективно. Исследователи обратили внимание на то, что уровень углекислого газа в помещениях часто намного выше, чем на улице. Это особенно актуально для городских жителей, которые проводят до 80% своего времени в закрытых пространствах. Повышенное содержание CO? может негативно влиять на здоровье, вызывая усталость, снижение концентрации и другие проблемы. Искусственные растения могут снизить уровень CO? в помещении на 90%, что намного эффективнее, чем обычные растения, которые уменьшают углекислый газ только на 10%. Кроме того, такие растения выделяют кислород и создают достаточное количество электроэнергии для работы мелких устройств. Ученые установили пять биосолнечных элементов в различные предметы интерьера, такие как стулья, и добились напряжения 1,0 В и максимальной мощности 46 микроватт. Системы, построенные на основе таких элементов, работают на напряжении до 2,7 В и способны генерировать до 140 микроватт электроэнергии, что достаточно для питания портативной электроники. Искусственные растения имитируют естественные процессы фотосинтеза, что позволяет им эффективно работать при комнатном освещении. Они не только улучшают качество воздуха, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, но и предлагают возможность генерации возобновляемой энергии. Это открытие может существенно повлиять на экологическую ситуацию в будущем, особенно в городских условиях, где уровень загрязнения воздуха часто превышает допустимые нормы. Разработка искусственных растений - это не просто инновация в области очистки воздуха, но и важный шаг в создании устойчивых решений для борьбы с ростом глобальных выбросов CO2. Она предлагает децентрализованное, энергоэффективное решение для помещений, улучшая качество воздуха и создавая дополнительный источник энергии, что делает ее важным элементом в стратегии борьбы с изменениями климата.

Другие интересные новости:

▪ Самая высокая статуя в мире

▪ Электричество превращается в спирт

▪ Эффективный инфракрасный светодиодный кристалл от Osram

▪ Одежда с памятью подстроится под хозяина

▪ Электрокроссовер Porsche Macan

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Основная теорема алгебры. История и суть научного открытия

▪ статья В каком театре зрителей поощряли спать? Подробный ответ

▪ статья Рабочий (грузчик) при ручном способе перемещения грузов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Биомасса, как постоянно возобновляемый источник топлива. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Выбор промежуточной частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025