Биогаз

Получение, состав, использование Модельный ряд от 100 кВт – 10 000 кВт.

В мировой практике газоснабжения накоплен достаточный опыт использования возобновляемых источников энергии, в том числе энергии биомассы. Наиболее перспективным газообразным топливом является биогаз, интерес к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под биогазами подразумеваются метан содержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы.

В зависимости от источника получения биогазы подразделяются на три основных вида:

• газ получаемый на городских очистных канализационных сооружениях;
• биогаз, получаемый в биогазовых установках при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств;
• газ свалок, получаемый на полигонах отходов, содержащих органические компоненты.

Получение биогаза в сельскохозяйственных биогазовых установках:

По техническому исполнению биогазовые установки подразделяются на три системы: аккумулятивную, периодическую, непрерывную.

В аккумулятивных системах биогазовой установки предусматривается сбраживание в реакторах, которые служат одновременно и местом хранения сброженного навоза (субстрата) до его выгрузки. Исходный субстрат постоянно подается в резервуар до его заполнения. Выгрузка сброженного субстрата производится один-два раза в год в период внесения удобрений в почву. При этом часть сброженного осадка специально оставляется в реакторе и служит затравочным материалом для последующего цикла сбраживания. Объём хранилища, совмещенного с биореактором, рассчитывается на полный объём удаляемого с комплекса навоза в межпосевной период. Такие системы требуют больших объёмов хранилищ и применяются очень редко.

Периодическая система производства биогаза в биогазовых установках предполагает разовую загрузку исходного субстрата в реактор, подачу туда же затравочного материала и выгрузку сброженного продукта. Такая система характеризуется довольно большой трудоемкостью, очень неравномерным выходом газа и требует наличия не менее двух реакторов, резервуара для накопления исходного навоза и хранения сброженного субстрата.

При непрерывной схеме биогазовой установки исходный субстрат непрерывно или через определенные промежутки времени (1-10 раз в сутки) загружается в камеру сбраживания, откуда одновременно удаляется такое же количество сброженного осадка. Для интенсификации процесса сбраживания в биореактор могут вноситься различные добавки, увеличивающие не только скорость реакции, но и выход и качество газа. Современные биогазовые установки рассчитываются, как правило, на непрерывный процесс и изготавливаются из стали, бетона, пластмасс, кирпича. Для теплоизоляции применяются стекловолокно, стекловата, ячеистый пластик.

По суточной производительности существующие биогазовые системы и установки можно разделить на 3 типа:

• малые биогазовые установки — до 50 м3/сут;
• средние биогазовые установки — до 500 м3 /сут;
• крупные биогазовые установки — до 100 тыс. м3/сут.

Принцип работы биогазовой сельскохозяйственной установки:

Навоз из животноводческого помещения поступает в на копительную ёмкость, далее фекальным насосом его загружают в метантенк — ёмкость для анаэробного сбраживания. Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер и далее к газопоршневой установки. Газопоршневая установка выдает электричество и тепло, которое снимаем с охлаждения рубашки двигателя и выхлопных газов. Для этих целей отлично подайдут газопоршневые установоки — Cummins, Deutz, Capstore, Brimbaher, MWM

Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник, через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле. Сброженный навоз выгружают в навозохранилище.

Биореактор биогазовой установки имеет тепловую изоляцию, которая должна стабильно поддерживать температурный режим сбраживания и поддаваться быстрой замене при выходе из строя. Обогрев биореактора осуществляется посредством размещения по периметру стенок теплообменников в виде спирали из труб, по которым циркулирует горячая вода с начальной температурой 60-70 °С. Такая низкая температура теплоносителя принята во избежание гибели метанообразующих микроорганизмов и налипания частичек субстрата на теплообменную поверхность, что может привести к ухудшению теплообмена. В биореакторе биогазовой установки также имеются устройства для постоянного перемешивания навоза. Поступление навоза в метантенк регулируется так, чтобы процесс сбраживания протекал равномерно.

Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты — метан и углекислоту.

В метантенках обеспечиваются все необходимые параметры процесса—температура(33-37º С) , концентрация органических веществ, кислотность (6,8-7,4) и др. Рост клеток метанового биоценоза также определяется соотношением C:N, и оптимальное его значение составляет 30:1.

Системы хранения биогаза

Обычно биогаз выходит из реакторов неравномерно и с малым давлением (не более 5 кПа). Этого давления с учетом гидравлических потерь газотранспортной сети недостаточно для нормальной работы газоиспользующего оборудования. К тому же пики производства и потребления биогаза не совпадают по времени. Наиболее простое решение ликвидации излишка биогаза — сжигание его в факельной установке, однако при этом безвозвратно теряется энергия. Более дорогим, но в конечном итоге экономически оправданным способом выравнивания неравномерности производства и потребления газа является использование газгольдеров различных типов. Условно все газгольдеры можно подразделить на «прямые» и «непрямые». В «прямых» газгольдерах постоянно находится некоторый объём газа, закачиваемого в периоды спада потребления и отбираемого при пиковой нагрузке. «Непрямые» газгольдеры предусматривают аккумулирование не самого газа, а энергии промежуточного теплоносителя (воды или воздуха), нагреваемого продуктами сгорания сжигаемого газа, т.е. происходит накопление тепловой энергии в виде нагретого теплоносителя.

Биогаз в зависимости от его количества и направления последующего использования можно хранить под разным давлением, соответственно и газохранилища называются газгольдерами низкого (не выше 5 кПа), среднего (от 5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (от 0,3 до 1,8 МПа) давления. Газгольдеры низкого давления предназначены для хранения газа при малоколеблющемся давлении газа и значительно изменяющемся объёме, поэтому их иногда называют газохранилищами постоянного давления и переменного объёма (обеспечивается подвижностью конструкций). Газгольдеры среднего и высокого давления, наоборот, устраиваются по принципу неизменного объёма, но меняющегося давления. В практике применения биогазовых установок наиболее часто используются газгольдеры низкого давления.

Вместимость газгольдеров высокого давления может быть различной — от нескольких литров (баллоны) до десятков тысяч кубических метров (стационарные газохранилища). Хранение биогаза в баллонах применяется, как правило, в случае использования газа в качестве горючего для транспортных средств. Основные преимущества газгольдеров высокого и среднего давления — небольшие габариты при значительных объёмах хранимого газа и отсутствие движущихся частей, а недостатком является необходимость в дополнительном оборудовании: компрессорной установке для создания среднего или высокого давления и регуляторе давления для снижения давления газа перед горелочными устройствами газоиспользующих агрегатов.

Биогаз из свинного, кровьего, крс, тичьего помета

Из 1 тонны сухого органического вещества в результате анаэробной переработки сельскохозяйственных отходов можно получить:

• из свиного навоза — 500 м³ биогаза (360 т у. т.);
• из навоза молочных коров — 350 м³ биогаза (250 т у. т.);
• из навоза откормочного КРС — 450 м³ биогаза (321 т у. т.);
• из птичьего помета — 660 м³ (428 т у. т.).

Система очистки биогаза

Условия получения биогаза и наличие в их составе вредных и балластных примесей диктуют необходимость предварительной обработки биогаза перед использованием в тепловых установках. Для обеспечения функциональной и эксплуатационной безопасности, а также безопасной работы персонала газ должен быть предварительно очищен от вредных компонентов.

Основные этапы при подготовке газа к использованию:

• отделение влаги и взвешенных частиц;
• удаление сероводорода;
• удаление галогенсодержащих соединений;
• удаление углекислого газа;
• сжатие или сжижение (при использовании в качестве горючего для транспортных средств). Биогаз можно использовать:
• для покрытия собственных энергетических нужд БГУ;
• для покрытия энергетических нужд очистных сооружений и сельскохозяйственных производств;
• в качестве горючего для двигателей транспортных средств;
• для получения электроэнергии;
• для подпитки сетей природного газа.

После получения биогаза на сельскохозяйственных установках обработанный навоз используют в качестве удобрений. Метановое сбраживание навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При этом питательные (для растений) вещества — азот, фосфор и калий — практически не теряются.