Перспективы и методы производства газообразного топлива из биомассы и отходов (О. И. Касатая 108228)
Термины и определения Биомасса — неископаемые органические вещества биологического происхождения. Первичная биомасса — растения, непосредственно (или без химической обработки) используемые для получения (добычи) энергии. К ним относятся, прежде всего, отходы сельского и лесного хозяйства. Вторичная биомасса — остатки переработки первичной биомассы веществ в результате их потребления человеком и животными или переработки в домашнем хозяйстве или промышленности. К ним относятся, прежде всего, навоз, жидкий компост, жидкие стоки очистных
Биотопливо — отходы сельскохозяйственного производства, пищевой и других видов промышленности, органическое вещество сточных вод и городских свалок — отходы, состоящие из биологического сырья — веществ биологического происхождения. Биоэнергетическая установка — энергетическая установка, преобразующая энергию биомассы, биогаза, жидкого навоза и т. д. а другие виды энергии, например, в электрическую и тепловую.
Биоэнергетика. Состояние и перспективы Биомасса является эффективным возобновляемым источником энергии. Ресурсы биомассы в различных видах есть почти во всех регионах, и почти в каждом из них может быть налажена её переработка в энергию и топливо. На современном уровне за счёт биомассы можно перекрыть 6 -10% от общего количества энергетических потребностей промышленно развитых стран.
Ежегодно на Земле при помощи фотосинтеза образуется около 120 млрд. тонн сухого органического вещества, что энергетически эквивалентно более 400 млрд. тонн нефти. Использование биомассы проводится в следующих направлениях: -прямое сжигание, -газификация, -производство этилового спирта для получения моторного топлива, -производство биогаза из сельскохозяйственных и бытовых отходов.
Биогаз — это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в специальных реакторах — метантенках, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Энергия, получаемая при сжигании биогаза может достигать от 60 до 90% той, которой обладает исходный материал. Однако биогаз получают из жидкой массы, содержащей 95% воды, так что на практике выход достаточно трудно определить. Другое, и очень важное, достоинство процесса переработки биомассы состоит в том, что в его отходах содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, чем в исходном материале.
Получение биогаза. Брожение Получение биогаза, возможное в установках самых разных масштабов, особенно эффективно на агропромышленных комплексах, где существует возможность полного экологического цикла. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.
При анаэробном сбраживании органические вещества разлагаются в отсутствии кислорода. Этот процесс включает в себя два этапа. На первом этапе сложные органические полимеры (клетчатка, белки, жиры и др. ) под действием природного сообщества разнообразных видов анаэробных бактерий, разлагаются до более простых соединений: летучих жирных кислот, низших спиртов, водорода и окиси углерода, уксусной и муравьиной кислот, метилового спирта. На втором этапе метанообразующие бактерии превращают органические кислоты в метан, углекислый газ и воду.
Схема сбраживания органических веществ
Получаемый при брожении биогаз имеет теплоту сгорания 5340— 6230 ккал/м 3 (6, 21+7, 24 к. Вт. ч/ м 3) При эксплуатации реакторов необходимо проводить контроль за показателем р. Н, оптимальное значение которого находится в пределах 6, 7— 7, 6. Регулирование этого показателя осуществляется путем добавления извести. В бродильных камерах необходимо производить энергичное перемешивание для предупреждения образования в верхней части слоя всплывающего вещества. Это значительно ускоряет процесс брожения и выход биогаза. Без перемешивания для получения такой же производительности объем реакторов должен быть значительно увеличен. Отсюда следствие — большие затраты и удорожание установки.
Состав биогаза ВЕЩЕСТВО Метан Углекислый газ Водяной пар Азот Кислород Водород Сероводород Аммиак ХИМ. ФОРМУЛА СОДЕРЖАНИЕ % CH 4 40 -75 CO 2 25 -55 Н 2 О 0 -10 N 2 <5 O 2 <2 H 2 <1 H 2 S <2 NH 3 <1
Остаток, образующийся в процессе получения биогаза, содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения. Состав остатка, полученного при анаэробной переработке животноводческих отходов, зависит от химического состава исходного сырья, загружаемого в реактор. В условиях, благоприятных для анаэробного сбраживания, обычно разлагается около 70% органических веществ, а 30% содержится в остатке. Основное преимущество анаэробного сбраживания заключается в сохранении в органической или аммонийной форме практически всего азота, содержащегося в исходном сырье.
Выход метана (биогаза) при метановом сбраживании сельскохозяйственных отходов Органические отходы Выход СН 4, м 3/кг сухого вещества Содержание СН 4 (%) Помёт индеек 0, 640 62, 0 Молочные отходы 0, 625 82, 0 Свиной навоз 0, 580 77, 5 Помёт кур 0, 370 54, 0 Навоз быков+меласа 0, 300 48, 0 Навоз быков 0, 290 56, 2 Силосные отходы 0, 250 84, 0 Навоз быков+солома Навоз коров 0, 220 52, 0 0, 208 55, 0
Преимущества биогаза 1. Биогазовая навозная жижа более эффективна как удобрение по сравнению с неферментированной навозной жижей, так как в результате минерализации суживается соотношение C/N и навозная жижа лучше усваивается растениями. 2. Вместо обычной утилизации органических отходов производится энергия, и используются питательные вещества. Тем самым в основе биогазовой технологии лежит идея благоприятной для окружающей среды циркулирующей экономики и децентрализованной утилизации отходов. 3. Служит и поддержке цели по защите климата: уменьшение эмиссии, имеющей тепличный эффект, прежде всего метана (СН 4), закиси азота (NО 2) и диоксида углерода (CO 2).
4. Произведённая энергия может использоваться для удовлетворения потребности в тепле при обогреве зданий и для подогрева воды на бытовые нужды. 5. Обеспечиваются, сохраняются и частично формируются заново рабочие места в сельском хозяйстве. 6. С формированием объединений по использованию навозной жижи затраты на содержание машин могут быть снижены и может быть достигнуто эффективное использование машин. Благодаря комбинации тепловой и электрической энергии осуществляется производство тепловой и электрической энергии, что обеспечивает непосредственно пользователю установкой гарантированный доход.
Недостатки биогаза 1. Более высокий уровень p. H отходов от фермертации. 2. Более высокая летучесть аммиака, и поэтому необходимо близкое к почве внесение (буксирный шланг, буксирный наконечник). 3. Складирование биогаза в закрытых ёмкостях.
Разновидности биогазовых установок Установки для производства биогаза из органических отходов обычно подразделяют на четыре основных типа: -без подвода тепла и без перемешивания сбраживаемой биомассы; -без подвода тепла, но с перемешиванием сбраживаемой массы; -с подводом тепла и с перемешиванием биомассы; -с подводом тепла, с перемешиванием биомассы и со средствами контроля и управления процессом сбраживания.
Во многих странах биогаз получают в специальных установках, наполненных навозом или сточными водами. Объемы баков различен: от 1 м 3 для небольших частных хозяйств до более 1000 м 3 для коммерческого использования или на животноводческих фермах. Выход газа может быть постоянным или парциальным, а брожение может продолжаться от 10 дней до нескольких недель. В процессе своей жизнедеятельность бактерии выделяют тепло, но в странах с холодных климатом для достижения оптимальной температуры 35 о. С необходим дополнительный подогрев. В некоторых особенно неблагоприятных случаях на тепло для работы системы может уходить весь биогаз, но даже в этом случае установка будет выгодна, избавляя от необходимости утилизации навоза.
Биогазовая установка Производительность хорошей системы составит 200 -400 м 3 биогаза с содержанием метана от 50% до 75% на каждую сухую тонну сырья.
Двухкамерная биогазовая установка проточного типа 1 -насос 2 -приёмная камера 3 -бродильная камера 4 -перемешивающее устройство 5 -нагреватель 6 -камера дображивания 7 -сборник сброженной массы 8 -шнек
Траншейная биогазовая установка 1 -эластический сборник; 2 -плиты из пенопласта; 3 -бродильная камера; 4 -нагреватель (бойлер)
Опасности биогазоустановок Отсутствие профессионализма при возведении и эксплуатации биогазоустановок может вызвать целый ряд возможных опасностей для человека, животного и окружающей среды. Перечисляемые виды опасностей следует избегать, выполняя соответствующие правила и проводя мероприятия. -Взрыв - Пожар - Механическая угроза, например, в результате замерзания, выпадения конденсата, коррозиии, засорения трубопроводов -Опасность обрушения -Электрическая угроза -Удар молнии - Термическая угроза - Угроза шума - Угроза удушья или отравления - Инфекционная опасность, угроза здоровью в результате воздествия продуктов коферментации - Угроза проникновения вредных веществ в воздух, почву и поверхностные воды - Высвобождение вредных веществ при утилизации отходов - Наводнение
Очистные сооружения сточных вод В конце 19 века предложено с помощью анаэробного гниения очищать сточные воды. В 1897 г. в больнице для больных проказой г. Бомбей/Индия построили первую установку, газ которой использовали для освещения, а в 1907 г. для питания двигателя на производство электроэнергии. В Германии инженер очистных сооружений Имхофф с 1906 г. на территории региона Рур начал систематическое строительство анаэробных, двухъярусных установок по очистке сточных вод, получивших название «эмшерский колодец» .
„Эмшерский колодец"
Коммунальная биогазовая установка (анаэробный этап очистного сооружения)
Беларусь В Беларуси действует свыше 6300 ферм и комплексов по содержанию и откорму крупного рогатого скота, свыше 100 свиноводческих, 48 птицеводческих комплексов и птицеферм. В процессе их функционирования образуется биомасса, ежегодный выход которой превышает 20 млн. т. В потенциале можно получать около 2, 5 млрд. м 3 биогаза.
Имеющиеся установки В настоящее время в республике эксплуатируются три биогазовых установки общей мощностью 1, 19 МВт: 1. РУСП «Селекционно-гибридный центр “Западный”» (0, 52 МВт), 2. РУП «Племптицезавод “Белорусский”» (0, 34 МВт), 3. ОАО «Гомельская птицефабрика» (0, 33 МВт). Запланированные и реализующиеся проекты Запланированы построить биогазовые установки в ОАО "Гастелловское", в агрокомбинате "Снов", в совхозе-комбинате "Сож", ЗАО "Липовцы", СПК "Маяк коммуны" и "Вишневецкий", свинокомплексе "Борисовский".
Биогаз в ЕС Ежегодно в ЕС объем производства биогаза увеличивается не менее чем на 20%. В 2007 г. производство достигло значительной величины в 5, 9 млн т. н. э. При этом ведущую роль играет производство биогаза из лэндфилл-газа, или биогаза с мусорных свалок (49, 2%), следом за ним идет производство биогаза из специально выращенных сельскохозяйственных культур, порядка 15% биогаза в ЕС производится на очистных сооружениях.
Лидер по биогазу – Германия. Сегодня там функционируют примерно 6 тыс. биогазовых станций. Построены они были за последние десять лет. Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 млрд к. Вт • ч энергии к 2030 г. Это составляет около 10% от потребляемой страной энергии. В других европейских странах биогазовых станций хоть и меньше, но тоже наблюдается настоящий бум биогаза. По прогнозу, к 2020 г. в Европе будет около 30 тыс. биогазовых станций, а совокупная доля альтернативных видов топлива составит 20%, из которых на биогаз придется примерно треть. Стоимость биогаза составляет 0, 4– 0, 5 евро за 1 л в бензиновом эквиваленте (на 21. 03. 2011).
Рост числа сельскохозяйственных биогазовых установок в Германии с 1960 по 2005 гг.
Скачать презентацию Перспективы и методы производства газообразного топлива из биомассы
ПР_11_биогаз.pptx