Каталог Рефератов - Получение биогаза - скачать рефераты, бесплатно рефераты

	Информационно-образоательный портал
	Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,



МЕНЮ\|

поиск

Получение биогаза

лабым звеном в газовых скважинах является узел присоединения к сборным газопроводам. Вследствие просадок различной величины (просадки могут достигать до 25 % толщины захороненных отходов, т. е. при высоте засыпки 20 м возможна просадка 5 м) между газовой скважиной и присоединительным трубопроводом может возникнуть сильное напряжение от растяжения [3]. Поэтому переходник часто выполняется из эластичного материала. Применяемые ранее полиэтиленовые шланги обычно становятся хрупкими, особенно под действием солнечного света, появляются трещины, нарушается герметичность. Поэтому сейчас во многих случаях используются рукава из хромированной стали. При монтаже необходимо принимать во внимание, что в таком гибком соединительном элементе не должно образовываться конденсатных мешков, которые могут стать гидравлическими затворами.

Горизонтальные или наклонные системы состоят из дренажных перфорированных трубопроводов диаметром 100-150 мм с отверстиями диаметром 5 мм или щелями размером 5x20 мм., расположенных на разных уровнях захороненных отходов, и обкладываемых пригодным для дренажа материалом (щебнем, гравием, керамзитом, строительными отходами). На конечном участке они выполнены в виде сплошной трубы и на выходе из покровного слоя полигона или из толщи отходов присоединяются непосредственно к сборному трубопроводу. Горизонтальный дренаж прокладывается на достаточно небольшом по вертикали расстоянии (6-8 м). Расстояние по горизонтали между отдельными дренажными трубами составляет около 30 м. Условный диаметр дренажной трубы принимается равным 250 мм, трубы изготавливаются из температуростойких искусственных-материалов, так как на существующих полигонах значение температуры в толще отходов достигало 70 °С.

Несмотря на относительно большой диаметр, отдельные ветви системы через несколько лет имеют, как правило, весьма ограниченную производительность, так что после окончательного заполнения соответствующего участка полигона требуется дополнительная дегазация через вертикальные коллекторы.

Газосборные пункты сооружаются у границы полигона в виде блочных бетонных зданий, при эксплуатации которых необходимо соблюдать требования по взрывозащите. Альтернативным вариантом является размещение узлов сбора газа на открытой площадке.

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 объем 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 объеме, поэтому их иногда называют газохранилищами постоянного давления и переменного объема (обеспечивается подвижностью конструкций). Газгольдеры среднего и высокого давления, наоборот, устраиваются по принципу неизменного объема, 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 объемах 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.

Состав биогаза

Состав и количество биогаза не являются постоянными и зависят от вида перерабатываемого субстрата и от технологии производства биогаза. Усредненный состав биогазов в соответствии с приведенной классификацией представлен в табл. 2.

Таблица 2

Классификация и состав биогазов [3]

Компоненты биогаза	Содержание компонентов, % об.
	БГКОС	БГСХП	БГТБО
CH4	60-65	55-75	35-80
СО2	16-34	27-44	0-34
N2	0-3	0-3	0-82
О2	-	-	0-31,6
Н2	-	0,01-0,02	0-3,6
СО	-	0,01-0,02	2,8
H2S	-	до 1,0	0-70 ррт

Газ метантенков городских канализационных очистных сооружений характеризуется более стабильным составом. Содержание основного горючего компонента - метана - на разных очистных сооружениях изменяется от 60 до 65 % по объему. Более значительные колебания состава газа наблюдаются при переработке отходов сельскохозяйственного производства, при этом в газе присутствует некоторое довольно значительное количество сероводорода. Поэтому перед использованием требуется очистка газа от H2S.

Процессы образования первых двух видов биогазов протекают в стационарных устройствах. Технологические параметры процесса (расход и влажность субстрата, температура брожения, длительность сбраживания) более или менее управляемы. Иная ситуация наблюдается на полигонах и свалках отходов, где биологическое разложение слоев мусора происходит с течением времени (пригодный к использованию биогаз образуется примерно через 10-15 лет), причем процесс газообразования неуправляем. Для сбора газа бурятся скважины или газовые колодцы. Конструкция и способ эксплуатации скважины, содержание влаги в толще отходов оказывают дополнительное влияние на состав газа. Содержание метана в газе может изменяться в широких пределах (35-80 %). Помимо метана и балластных азота и углекислого газа могут присутствовать сернистые соединения, меркаптаны, галогенсо-держащие соединения, ароматические углеводороды (всего более 100 компанентов).

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

ь из свиного навоза - 500 мі биогаза (360 т у. т.);

ь из навоза молочных коров - 350 мі биогаза (250 т у. т.);

ь из навоза откормочного КРС - 450 мі биогаза (321 т у. т.);

ь из птичьего помета - 660 мі (428 т у. т.) [3] .

Подготовка биогаза к использованию

Условия получения биогазов 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:

o отделение влаги и взвешенных частиц;

o удаление сероводорода;

o удаление галогенсодержащих соединений;

o удаление углекислого газа;

o сжатие или сжижение (при использовании в качестве горючего для транспортных средств).

Биогаз выходит из биореактора (метантенка) при температуре процесса брожения в водонасыщенном состоянии. До момента использования газ значительно охлаждается, вследствие чего выпадает конденсат, и возникает опасность замерзания в холодный период года. По этой причине биогаз должен быть осушен. Обычно газ от биореакторов по газопроводу поступает в газосборный пункт (ГСП), где устанавливается влагоотделитель. Из влагоотделителя конденсат отводится в сливной бак, откуда по мере наполнения откачивается насосами. При снижении температуры биогаза после ГСП возможна конденсация паров, растворенных в биогазе. Для удаления конденсата по тракту предусматриваются сборники конденсата в нижних точках. Конденсатосборные устройства рассчитываются на максимально возможное количество жидкости.

Наиболее дешевым способом осушки является метод охлаждения, когда газ пропускают через влагоотделитель, служащий одновременно для осушки и отделения взвешенных частиц. Осушка методом охлаждения примерно до 10 °С достаточна для распространенных способов использования газа, например, для получения тепла при сжигании и для выработки электроэнергии. При необходимости более глубокой осушки (в случае использования газа в газовых двигателях) применяют адсорбционную осушку (в качестве сорбентов применяют оксид алюминия А12Оз, хлорид кальция СаС12, силикагель) или осушку жидкими поглотителями влаги (этилен- и триэтиленгликоль).

Отделение взвешенных частиц необходимо во всех случаях с целью предотвращения засорения арматуры и трубопроводов. Чаще всего достаточна грубая фильтрация в гравийном фильтре. Иногда применяют тонкие фильтры из стекловолокна, но это связано с повышением затрат.

Содержание сероводорода в биогазе может достигать 3 %. Сероводород
совместно с водяными парами и особенно в комбинации с углекислым газом
оказывает корродирующее воздействие на металлические поверхности газооборудования, причем скорость коррозии может достигать 0,5-1 мм в год.
При сжигании биогаза сероводород переходит в оксиды серы. Они, взаимодействуя с водяным паром, образуют серную и сернистую кислоты, которые также являются коррозийно-активными. Кроме того, H2S, SO2 и SO3 -высокотоксичные газы.

Хлор- и фторсодержащие углеводороды приводят к коррозионной опасности вследствие образования соляной и плавиковой кислоты при конденсации продуктов сгорания в агрегате..

Очистка от сероводорода и галогенсодержащих углеводородов производится на действующих установках различными способами: адсорбция на активированном угле или абсорбция в промывочном растворе.

При адсорбции биогаз сначала проходит через специально обработанный активированный угололь, где H2S окисляется до серы, которая сорбируется порами угля (0,3 кг серы на 1 кг активированного угля). Водяной пар, содержащийся биогазе, адсорбируется на активированном угле, вследствие чего уменьшается активность угля по отношению к галогенсодержащим углеводородам. Поэтому перед следующим этапом очистки биогаза проводят осушку. Далее газ пропускают через очередную насадку с активированным углем, на которой адсорбируются галогенсодержащие углеводороды.

Другой способ отделения тяжелых и галогенсодержащих углеводородов -абсорбционная очистка, основанная на разной растворимости компонентов газа в воде или водных растворах различных химических соединений. При этой технологии галогенсодержащие соединения абсорбируются промывочным раствором, состоящим из смеси органических растворителей (вымываются). Достигаемая при этом эффективность очистки от соединений хлора составляет более 95 %.

Наиболее простым и дешевым способом отделения СО2 является промывка водой. В абсорбере при избыточном давлении порядка 1 МПа углекислый газ поглощается водой.

Способ мембранного разделения СН4 и СО2 основан на различной проницаемости компонентов газа через мембрану. Ученые из Института нефтехимического синтеза (ИНХС) РАН предложили сочетать этот способ с абсорбционным методом разделения (рис. 4) Такие установки обеспечивают производительность 50 м3/ ч.

Рис.4. Разделение СН4 и СО2 адсорбционным и мембранным методами [1]

В транспортных средствах в качестве горючего можно использовать сжатый или сжиженный газ. Один кубометр биогаза, сжатый до 2 МПа при температуре 0°С, занимает объем 2,95 дм3 . В пятидесятилитровых баллонах высокого давления при таких условиях можно хранить 17 м3 газа, тогда как при таком же давлении и температуре 40 °С или 50 °С - только 15,5 м3 или 14,5 м3 соответственно [3]. Перед сжатием или сжижением газ практически полностью освобождается от углекислого газа, сероводорода и других примесей.

Основные направления и мировые лидеры использования биогаза

Достаточно высокое содержание метана в биогазе, а следовательно, и высокая теплота сгорания, предоставляют широкие возможности применения биогаза. При разработке систем по производству и использованию биогаза выбираются оптимальные варианты комплектации установок из множества возможных с учетом многочисленных местных и внешних условий. С точки зрения утилизации энергии биогаза можно выделить следующие основные направления его использования:

o для покрытия собственных энергетических нужд БГУ (в наиболее холодный период года практически весь потенциал биогаза используется для энергообеспечения установки);

o в качестве топлива для получения горячей воды или пара на покрытие технологических нужд очистных сооружений или сельскохозяйственных производств;

o для сушки сброженного осадка;

o в качестве топлива для получения теплого воздуха или горячих газов на сушку сельхозпродукции или обогрев сельскохозяйственных зданий;

o в теплицах для отопления и подкормки растений углекислым газом;

o для замены мазута при термической переработки отходов (25 т мазута в сутки заменяется 45000 м3биогаза);

o в качестве горючего для двигателей транспортных средств;

o для получения электроэнергии;

o для подпитки сетей природного газа.

На метане могут работать как карбюраторные, так и дизельные двигатели, но поскольку метан является высокооктановым топливом, более эффективно его использование в дизельных двигателях. Абсолютный объем биогазов, необходимый для выработки энергии, эквивалентной полученной при сжигании 1 л бензина, составляет 1,33-1,87 м3 при сжигании 1 л дизельного топлива - 1,50-2,07 м3 [3].

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.

На основании результатов, полученых на экспериментальных установках, руководство Центра энергосбережения (ЦЭТ) приняло решение о строительстве полномасштабной биогазовой установки для обработки помета на ПТФ «Юдинская». Стоимость строительства составит 6,2 млн руб , окупаемость -- 2,7 года [4] .

Биогаз все чаще используют в качестве замены традиционных источников энергии. В Китае с середины 70-х годов XX века действует национальная программа по получению биогаза из отходов животноводства. К 2004 году в этой стране работало 10 млн. фермерских биореакторов, кроме того, 64 тысячи биогазовых станций, обеспечивающих работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка [1]. Китай -- безусловный мировой лидер биогазовой промышленности.

В США биогаз занимает второе место по важности среди биотоплив (после этанола). Недавно там приняли закон об оборудовании всех полигонов твердых бытовых отходов системами по их конверсии в смесь метана и СО2. В ЕС работают более 800 биогазовых установок, к 2010 году там планируется произвести из биогаза 15 млн. тонн нефтяного эквивалента топлива. В Швеции почти 800 автобусов ездят на биогазе и первый в мире поезд. Его пробег до заправки -- 600 км, максимальная скорость -- 130 км/ч [1].

Заключение

Биогаз получают либо на специально организованных установках (метатенки или сельскохозяйственные биогазные установки), либо на полигонах ТБО, где процесс образования газа практически неуправляем. Метатенковые и сельскохозяйственные биогазовые установки не имеют принципиальных отличий, за исключением используемого субстрата. Богаз образуется в биореакторах в результате сбраживания субстрата под действием микрофлоры при поддержании постоянной температуры. Объем загружаемого бубстрата, время его сбраживания, поддержание постоянства необходимых показателей в реакторе - все это регулируется человеком.

На полигонах ТБО образующийся биогаз собирается с помощью систем горизонтальных или вертикальных труб (часто их используют совместно). Эти тубы диаметром 10-15 см по всей длине имеют щели и отверстия, через которые проникает газ. Горизонтальные трубы закладываются, как правило, на ранних этапах создания полигона ТБО, а вертикальные могут закладываться заранее (что намного дешевле) либо буриться после. Трубы обязательно обсыпаются дренажным материалом (щебенка). Биогаз через систему вертикальных и горизонтальных труб, расположенных в толще ТБО, поступает в газопровод, а затем в газосборный пункт, которых может быть несколько. После главного газосборного пункта газ идет на системы очистки, затем на компрессорные устройства, для создания давления, необходимого для дальнейшего транспорта газа по трубопроводам к месту его потребления.

Обычно биогаз выходит из реакторов неравномерно, а максимумы потребления и накопления биогаза не совпадают. Поэтому проблему избытка образования газа решают двумя способами: сжигают избыток в факельных установках и накапливают в специальных утройствах-газгольдерах. В первом случае энергия теряется безвозвратно. Второй способ является более дорогим, но экономически более оправданным. Кроме того, газ из реакторов выходит под низким давлением, которого оказывается недостаточно для работы газопотребляющих устройств. Газгольдеры позволяют создать необходимое давление.

Условно газгольдеры можно разделить на «прямые», которые содержат в себе газ, и «непрямые», которые сохраняют энергию в виде промежуточного носителя (вода),нагретого от сжигания газа. Газгольдеры либо изменяют свой объем (при помощи подвижных частей) и сохраняют давление, либо изменяют давление при постоянстве объема.

Состав получаемого биогаза зависит от используемого субстрата и способа переработки. Наиболее стабильный состав имеет биогаз, получаемый на метатенках и сельскохозяйственных биогазовых установках. Состав биогаза, получаемого на полигонах ТБО, колеблется больше, так как процесс газообразования здесь неуправляем.

В связи с тем, что получаемый биогаз содержит кроме метана еще и балластные вещества, то пред дальнейшим использованием он подвергается предварительной очистке. Конденсируемая при охлаждении влага может стать причиной замерзания газопровода. Осушку производят следующими методами: охлаждение с последующим пропускание газа через влагоотделитель, адсорбционная осушка (силикагель) и осушка жидким поглотителем (этиленгликоль). Взвешенные частицы могут приводить к забиванию трубопровода и элементов газового оборудования, поэтому от них избавляются путем пропускания газа через фильтры (гравийные, сделанные из стекловолокна). Сероводород и галогенсодержащие углеводороды (и продукты их сгорания) представляют коррозийную опасность. Методы очитки биогаза от них - адсорбция на активированном угле и абсорбция в промывочном растворе. С целью доведения биогаза до качества природного газа производят отделение СО2 (промывка водой при избыточнм давлении, мембранное разделение, абсорбционное разделение).

Биогаз можно использовать:

o для покрытия собственных энергетических нужд БГУ;

o для покрытия энергетических нужд очистных сооружений и сельскохозяйственных производств;

o в качестве горючего для двигателей транспортных средств;

o для получения электроэнергии;

o для подпитки сетей природного газа.

При получении биогаза на сельскохозяйственных биогазовых установках практическое применение находит не только сам газ, но и навоз, используемый в качестве исходного сырья. После метанового сбраживания он улучшает свои свойства и применяется как удобрение.

В нашей стране биогаз используется не так широко как за рубежом. Наибоее широкое применеи он получил в Китае, США и странах ЕС.

Список использованной литературы

1. Благутина В.В. Биоресурсы // Химия и жизнь - 2007. - №1. - С. 36-39

2. Малофеев В.М. Биотехнология и охрана окружающей среды: Учебное пособие. - М.: Издательство Арктос, 1998. - 188 с.

3. Мариненко Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: Учебное пособие. - Волгоград: ВолгГАСА, 2003. - 100 с.

4. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства. // Техника и оборудование для села - 2006. - №11. - С.28-30

Страницы: 1, 2

© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.