Часть 2

 

5.Технология производства биогаза и биоудобрения

5.1.Компоненты для технологии

- Навоз животных, растительные отходы и другие виды органики, образующиеся в процессе производственно-хозяйственной деятельности или полученных с животноводческих комплексов;

- Солома сельскохозяйственных культур, используемая в качестве наполнителя и сорбента влаги, измельченная в дробилке до частиц, размером не более 1 мм ;

- Вода из обычных источников водоснабжения;

 

5.2.Требования к участникам реализации технологии 

1. Наличие хозяйственных возможностей по реализации технологии:

- свободные площади для размещения оборудования;

- источник водоснабжения;

- источник электроснабжения 220 Вт, 2,0 кВт;

- рабочая сила не менее 4 человек;

- емкости для сбора и транспортировки сырья, полуфабрикатов и готовой продукции;

- помещения для содержания животных и птицы (желательно);

- наличие сельхозугодий.

2. Приобретенный, установленный и подключенный к источникам водо и энергоснабжения комплект аппаратуры и оборудования.

3. Выполнение работ по подготовке и переработке сырья в соответствии с инструкцией, сбор и складирование полученных продуктов.

4. Получение биогаза и органоминеральных удобрений.

5. Маркировка и паспортизация готовой продукции.

6. Ведение учета и оформление отчетности.

 

5.3.Процесс переработки органических отходов

Анаэробная переработка органических отходов представляет собой многоступенчатый процесс разложения органических веществ в специальных емкостях без доступа воздуха ( кислорода) под действием анаэробных микроорганизмов с образованием метана и углекислого газа в виде конечных продуктов. Температура, при которой идет этот процесс, может быть различная. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс разложения органики, но температура не влияет на качественный состав получаемого биогаза. На процесс анаэробного сбраживания большое влияние кроме температуры оказывают : качественный состав поступающего сырья , в том числе содержание сухого вещества, доля загрузки, интенсивность перемешивания и другие факторы.

Получаемый в процессе сбраживания биогаз на 40-75% состоит из метана, 25%-55% углекислого газа, водяного пара -0-10%, а также некоторого количества сероводорода – меньше -2%, кислорода-меньше 2%, аммиака- меньше 1%, водорода -меньше 1 % и окислов азота- меньше 5%.

Посредством относительно простых операций из биогаза можно удалить двуокись углерода и следы присутствующего сероводорода и таким образом его очистить до качества природного газа. В связи с достаточно высоким содержанием энергии, биогаз можно использовать в качестве энергоносителя для производства электрической и тепловой энергии. Содержание энергии в биогазе напрямую зависит от содержания в нем метана. В очищенной форме его можно компремировать в баллоны для газа и применять для привода автомобилей, тракторов.

Теплотворная способность биогаза составляет 5000-6000 ккал/м3 и зависит от процентного содержания в нем двуокиси углерода. После очистки теплотворная способность биогаза увеличивается до 1000 ккал. Из одного кубометра метана можно получить 9,94 кВт/час электроэнергии. Один м3 биогаза может обеспечить работу двигателя мощностью 2 л .с.

Из 1 тонны сухого органического вещества можно получить при анаэробной переработке:

- из свиного навоза- 500 м3 биогаза или 0,36 условного топлива (т у.т.)

- из навоза КРС- 450 м3 биогаза или 0,321 т у.т.

- из птичьего помета- 660 м3 биогаза или 0,428 т у.т.

Биологическое образование метана- это натуральный природный процесс, который протекает везде, где во влажной , без доступа кислорода, среде под действием метанообразующих бактерий разлагается органический материал. Образование биогаза можно разделить на четыре фазы.

 

5.4.Фазы образования биогаза

1. Гидролизная фаза. Во время протекания гидролизной фазы, в результате жизнедеятельности бактерий, устойчивые субстанции (протеины, жиры и углеводы) разлагаются на простые составляющие (аминокислоты, глюкозу и жировые кислоты).

2. Кислотообразующая фаза. Образованные во время гидролизной фазы простые составляющие разлагаются на органические кислоты( уксусная, пропионовая, масляная), спирт, альдегиды, водород, диоксид углерода, а также газы аммиак и сероводород. Этот процесс протекает до тех пор, пока развитие бактерий не замедляется под воздействием образованных кислот.

3. Ацетогенная фаза. Под воздействием ацетогенных бактерий из образованных во время кислотообразующей фазы кислот, вырабатывается уксусная кислота.

4. Метаногенез. Уксусная кислота разлагается на метан, углекислый газ и воду. Водород и углекислый газ преобразуется в метан и воду.

Используемые для получения биогаза органические вещества (субстраты) , в основном являются отходами различных отраслей народного хозяйства. Переработка жижи или специально приготовленной смеси навоза с сельскохозяйственными, агроиндустриальными, коммунальными или промышленными отходами называют коферментацией. Целью коферментации является снижение загрязнения окружающей среды и использование энергетического потенциала органических остатков.

 

5.5.Производство биогаза

Выход биогаза из единицы объема субстрата зависит не только от перерабатываемого субстрата, но также от рабочих параметров установки (например, температуры в реакторе, времени брожения, нагрузки и т.д.) Это объясняет тот факт, что при использовании одинаковых субстратов возможна различная производительность установок.

Получение тепловой энергии из биогаза.

При сжигании 1 м 3 биогаза образуется порядка 5,0—7,5 кВт/час ( в зависимости от доли содержания метана) тепла. В среднем 6,0—6,5 кВтч/м 3 или 21,6-23,4 Мдж/м 3 .

Параметры теплоэлектростанций, работающих на биогазе.

В зависимости от доли содержания метана (40-75%) в биогазе и КПД ДВС и генераторов, из 1м 3 биогаза можно получит 1,5-2,2 кВт/час электроэнергии.

При КПД теплоэлектростанций (ТЭС) 85 %, можно получит 35% электричества и 65% тепла.

1 тонна навозной жижи дает 25- 35 м3 биогаза, 2500 м 3 биогаза дают 1кВт мощности ТЭС.

1 м 3 биогаза дает 5-7 кВт /час энергии или 1,5-2,2 кВт/час электроэнергии

 

Строительные элементы биогазовой установки

Основная конструкция: Каждая биогазовая установка состоит из ряда строительных групп и отдельных строительных элементов, расположенных вокруг ферментера. Важнейшим элементом каждой биогазовой установки является ферментер.

Рис. 1 Принципиальная схема биоэнергетической установки образца 1776 г . (доминирующей в современных разработках).

Обозначения: 1.- корпус, 2.- гидрозатвор, 3.- вал мешалки, 4.- газовое пространство, 5.- зубья мешалки, 6.- лопасти мешалки.

Процесс работы реактора в таких установках практически не управлялся, если не считать помешивания субстрата. Собственно и назвать то не знали как этот анаэробный аппарат. В разных источниках его называют и ферментатором, и метантенком, и реактором. В опубликованных работах продолжительность переработки однородных отходов сильно отличаются друг от друга. Этот диапазон составляет от 8 до 22 дней. По этому, для осуществления анаэробного сбраживания, рекомендовались большие емкости, а, значит, и большие затраты.

Перед разработчиками данного проекта стояла задача:

- найти способ и спроектировать устройство для его осуществления, что бы ускорить процесс переработки отходов в несколько раз;

- существенно снизить стоимость устройства.

 

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

До 1992 года биоэнергетические установки производились на Украине под названием « КОБОС » и были поставлены в ряд областей Российской Федерации, но их несовершенство не позволило использовать их для реализации поставленных экономических задачах по утилизации и переработки органических отходов.

После 1992 года усовершенствованием и производством БЭУ в России занимались ООО»СИПРИС», НПФ «ГЕЯ», АО Центр «ЭКОРОС».

Для примера приводим описание непростой, но в общем то обычной конструкции, разработанной сотрудниками ВНИИКОМЖ (рис. 2).

В метантенк 3, оборудованный мешалкой 7, совершающей возвратно-поступательное движение, через загрузочный патрубок 4 и запорное устройство 5 подается подогретая до заданной температуры масса, состоящая из экскрементов животных, а через выгрузной патрубок 1 и запорное устройство 2 выгружается точно такое же количество сброженной массы. После заправки метантенка, согласно принятой дозе. загрузки, запорные устройства 2 и 5 закрываются, чем достигается полная герметизация метантенка. Выделяющийся биогаз, устройством для забора биогаза 11 подается из газосборника 6 по газопроводу 9 в накопительную газовую емкость 12, из которой он отбирается на необходимые нужды. Для визуального наблюдения за уровнем разрежения служит вакуумметр 10, а для синхронного осуществления операций отбора биогаза и перемешивания навоза введен регулятор разрежения 8.

Таким образом, устройство для принудительного отбора биогаза работает синхронно с мешалкой 7, при этом в газосборнике 6 поддерживается постоянно заданное разрежение (на уровне 800 мм . вод. ст.).

Конструкции реакторов БЭУ, производимые и выпускаемые ООО»СИПРИС», НПФ «ГЕЯ», АО Центр «ЭКОРОС» подобны реакторам ранее применяемым (рис.1, рис.2).

 

Рис. 2 Схема устройства для метанового сбраживания навоза:

 

1 — выгрузной патрубок; 2, 5 — запорные устройства; 3 — метантенк; 4 — загрузочный патрубок, 6 — газосборник; 7 — мешалка; 8 —регулятор разрежения; 3 — газопровод; 10 — вакуумметр; 11 —устройство для забора биогаза; 12 — накопительная газовая емкость.

 

На сегодняшний день во многих странах эксплуатируются биоэнергетические установки (БЭУ), позволяющие значительно экономить другие виды топлива, а в некоторых случаях получать полную энергетическую автономию животноводческого комплекса.

Назад Продолжение