Производство биогаза, миксеры — мешалки для биогазовых установок
Компания «Eisele» (Германия) является одним из ведущих производителей оборудования для производства биогаза по всему миру.
Специализированные биогазовые установки с резервуарами «Eisele» предназначены для полной переработки навоза животных, а также сбраживания навозных масс с добавлением энергетических культур и прочих отходов (мясного производства, первичных и вторичных промышленных отходов и т.п.).
Технология производства
Производство
Анаэробные бактерии способствуют расщеплению органической биомассы в биогаз. Этой биомассой может быть навоз крупного рогатого скота, свиней, птиц, и даже перегной растений.
Высокое содержание газа метана в навозе кур вперемешку с травой и листьями. Втрое место занимает свиной навоз с добавлением органики, третье место получает навоз КРС .
Чтобы запустить процесс получения биогаза, необходимо создать благоприятные условия для жизни бактерий. Такие условия предполагают отсутствие кислорода и тепло. Они должны идеально повторять естественные, как в кишечнике животного.
Биогаз образуется при разложении навоза под воздействием анаэробных бактерий. Чтобы ускорить этот процесс, необходимо создать максимально комфортные условия для деятельности бактерий – обеспечить тепло и отсутствие кислорода. Для этого используется специальный реактор биогаза – герметичная емкость, где происходит разложение биомассы, в результате чего образующийся газ поднимается в верхнюю часть установки и выкачивается оттуда. При этом внизу остается готовое органическое удобрение, очищенное от патогенных микроорганизмов. Важной частью процесса получения биогаза является поддержание температуры на уровне не менее +30 градусов.
Можно выделить два типа биогазовых установок. Установки, обеспечивающие поддержание температуры на уровне +30+40 градусов, позволяют активизировать мезофильные бактерии.
В них процесс длится от 12 до 30 суток, а выход продукта составляет до 2 литров биотоплива на 1 л полезной емкости реактора. Установки, обеспечивающие поддержание температуры на уровне +50+60 градусов, позволяют активизировать термофильные бактерии. В них процесс длится 72 часа, а выход продукта примерно в два раза больше, чем в установках первого типа.
Биореактор
Работа реактора по производству биогаза построена на основе процесса брожения. Само производство можно разделить на несколько этапов:
- Загрузка навоза.
- Добавление в емкость воды (из расчета 1 к 8).
- Перемешивание навоза до достижения однородности.
- Помещение биомассы в биореактор с нагревательным элементом, который поддерживает необходимую температуру для обеспечения процесса брожения.
- Перемещение биомассы во вторую часть биореактора для завершения процессов.
- Откачка образующегося газа (насос включается автоматически при повышении давления).
- Перемещение перебродившей биомассы в выгрузочный сектор – там жидкое удобрение отделяется от остатков биогаза.
Миксеры для биогазовой установки
Одним из существенных моментов, характеризующих качество биогазовой установки, является стабильность ее работы. Это особенно важно при переработке навоза в биогаз. Навоз перерабатывается быстрее, чем обычные отходы, что может привести к излишнему пенообразованию и остановке процесса. В реакторах предусмотрено вертикальное расположение миксеров. Это обеспечивает непрерывность процесса перемешивания и максимальной однородности получаемой массы. Кроме того, вертикальное расположение мешалки позволяет существенно снизить потребление электроэнергии. Благодаря полной герметичности и короткому циклу переработки, потребление тепла также находится на минимальном уровне.
Компания Агроснабсофт предлагает купить миксеры -мешалки для биогазовых установок различной производительности.
Продаем модели с лебедкой для опускания в реактор, а также в наличии мобильные миксеры на тележке.
Миксеры GTWSB / GTWSB-EX 1540
- Номинальная мощность, 7,5 -15 кВт / 10-20 л.с.
- Тяга 2500
- Пропеллер Ø, 690 мм
Отправить запрос
Миксеры GTWSB / GTWSB-EX 204
- Номинальная скорость вращения, 1450 -1460 об/мин
- Тяга 3500
- Пропеллер Ø, 820 мм
Отправить запрос
Навоз из стоила поступает в накопительную ёмкость, далее роторным насосом его загружают в метантенк — ёмкость для анаэробного сбраживания. Там он перемешивается при помощи перемешивающего устройства — это мешалка — миксер. Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер и далее к газопоршневой установке.
В резервуаре смешиваются различные субстраты. Мешалки перемешивают жидкий и вязкий навоз, кукурузу и рециркулят. Затем гомогенная масса перемещается в качестве «питательной массы» в реактор биогаза.
Мы поможем выбрать нужное перемешивающее устройство для биогазовой установки.
Технические характеристики
Отправить запрос
Переработка навоза в биогазовых установках
В целях повышения качества переработки сырья в биогазовых установках применяется технология предварительной термической подготовки (термогидролиз под давлением). В ходе этой процедуры перерабатываемое сырье предварительно нагревается до температуры 140-160 градусов, после чего сжигается. Благодаря применению такой технологии, объем производимого газа может возрастать до 40%.
Еще одной проверенной технологией, применяемой в производстве биогаза , является комбинирование разных вариантов переработки – термофильной и мезофильной. Этот прием также позволяет увеличить производство биогаза. При переработке низкосортного сырья, как правило, имеется нехватка тепла для полноценного прохождения процессов. В этом случае происходит уменьшение распределения тепла, что обеспечивает снижение его потерь и оптимальный возврат.
Органические отходы | Выход биогаза, л/кг |
| Навоз свиней Навоз крупного рогатого скота Помет птиц Навоз овец Отходы животноводческих помещений Солома пшеницы Солома ячменя Солома кукурузы Конопля Отходы зеленых культур Лен Трава Камыш Ботва картофельная Листья сахарной свеклы Водоросли Ил каналов | 340—550 90 — 310 310 -620 90—310 175 — 280 200—300 250—300 280 — 450 280 330—360 360 280—550 170 280—490 400—500 420—500 310—740 |
Биогаз содержит 50÷80 % метана (СН4), 50÷20 % диоксида углерода (СО2), 0÷3 % сероводорода (Н2S), а так же примесей: водорода, аммиака и окислов азота.
Биогаз не имеет неприятного запаха. Теплота сгорания 1 м3 биогаза достигает 21÷29 МДж, что примерно эквивалентно сжиганию 0,6 л бензина, 0,85 л спирта, 1,7 кг дров или использованию 1,4÷1,6 кВт*ч электроэнергии. Эффективность сбраживания зависит от соблюдения анаэробных условий, температурного режима и продолжительности сбраживания. Сбраживание навоза возможно при температуре 30÷35 °С (мезофильный режим брожения) и 50÷60°С и выше (термофильный режим).
Продолжительность сбраживания навоза зависят от вида биомассы. Для навоза крупного рогатого скота и куриного помета продолжительность составляет 20 суток (сут), свиного навоза — 10 сут. Активность микробной реакции в значительной мере определяется соотношением углерода и азота. Наиболее благоприятные условия при соотношении С/N == 10:16.
С 1 м3 реактора выход биогаза достигает 2÷3 м3 биогаза, от птичьего помёта — 6 м3 /21/. В сутки от одного животного можно получить следующее количество биогаза: крупный рогатый скот (массой 500÷600 кг) — < 1,5 м3; свиньи (массой 80÷100 кг) — 0,2 м3; куры или кролики — 0,015 м3.
Комплектация биогазовых установок
Исходя из потребностей конкретного заказчика, оборудование для биогаза может быть дополнительно укомплектовано электрическими и тепловыми узлами, которые позволят получать из биогаза полезное тепло и электричество. Также существует вариант установки системы повышения качества биогаза, которая позволит улучшать биогаз до параметров природного газа. При этом, благодаря небольшим объемам потребления тепла установкой, его излишек может быть использован на другие цели.
Еще одной дополнительной опцией может быть наличие емкости для предварительного хранения сырья, которая также позволяет выполнять его складирование и обработку. Дополнительно емкость может быть оснащена ступенью санации, что позволит ее использовать для работы с навозом.
Помимо оборудования для перемешивания, «Агроснабсофт» также готово предложить сельскохозяйственные насосы для перекачки навоза, которые могут использоваться, например, как часть системы комплекса по производству биогаза из навоза животных.
Чтобы добиться максимальной эффективности установки, важно, чтобы брожение смеси происходило равномерно. Для этих целей используются несколько мешалок погружного типа с электроприводом. Они обеспечивают постоянное перемешивание биомассы. В современных биогазовых установках применяются мешалки-миксеры Eisele.
Второе важное условие эффективной работы установки – поддержание необходимой температуры. Это может реализовываться путем использования автоматизированных нагревательных систем (в стационарных установках). В этом случае система автоматически включается, если температура в емкости падает ниже заданной, и отключается при достижении верхнего порога. Другой вариант – прямой нагрев с использованием электроотопительных приборов и иных нагревательных элементов.
Для уменьшения теплопотерь емкость биогазовой установки может быть обернута в слой стекловаты или обложена пенополистиролом.
Отправить запрос
производство, получение и переработка, оборудование
Для того чтобы утилизировать навоз необходимо не только специально отведенное место, но и немало средств.
Если частники всецело используют его на своих огородах в больших количествах, то аграрные хозяйства уже давно начали перерабатывать ценное сырье в биогаз. Процесс, как оказывается, доступен каждому. О технологии получения и производства далее наша статья.
Оглавление
- Что представляет собой био газ
- Можно ли получить биогаз из навоза
- Этапы получения и переработки отходов
- Варианты установок для получения топлива
- Принцип работы оборудования
- Как применяют топливо в хозяйстве
Что представляет собой био газ
По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.
Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве. В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.
Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.
Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животныхМожно ли получить биогаз из навоза
Непременно можно. И выполнить это достаточно просто. Прежде всего, нужно оборудовать специально отведенное место и оснастить его необходимым резервуаром. Но следует помнить, что для переработки понадобится немало биомассы. Для справки, 1 тонна навоза способна превратится в 100 куб. м необходимого топлива.
Каким же способом добывают биогаз:
- Промышленные масштабы выработки топлива подразумевают наличие специального биореактора. В нем при участии анаэробных бактерий происходит процесс переработки сырья. В биомассе происходит брожение и это продолжается определенное время. Важно не допускать попадание чистого воздуха. Длительность данной стадии напрямую зависит от того, сколько биомассы было помещено в реактор.
- Когда данная стадия находится на пике, происходит непрерывное выделение газовой массы.
- При непрерывной выработке газа, он все время отводится из биореактора на очистку.
- Процесс переработки останавливается и биогаз начинают применять по его прямому назначению, производят очистку установки. Из нее извлекают отходы, которые в дальнейшем направляются на удобрение полей.
Этапы получения и переработки отходов
Биотопливо можно выработать на даче или прямо у себя на участке. Для этого выбираем максимально просторное и безопасное место для постройки конструкции. Затем нужно построить специальную емкость из бетона. При правильном ее обустройстве и отсутствия трещин, она будет служить самым настоящим реактором.
Перед тем, как начинать строительство, необходимо учесть, что отработанный навоз должен беспрепятственно извлекаться после переработки.
Выбор размера резервуара зависит от того, сколько навоза ежедневно появляется в хозяйстве. Будь то обычный двор с небольшим количеством скота или полноценная ферма в любом случае биореактор нужно заполнять не более чем на две трети от его полного объема. Только так процесс брожения будет протекать надлежащим образом.
После постройки необходимо проверить функциональность установки. После загрузки биомассы начинается переработка. Можно немного ускорить процесс. Для этого применяется весьма эффективный способ – нагрев сырья.
- Можно использовать специальные нагревательные элементы, которые устанавливаются под емкость.
- Можно обогревать реактор напрямую с помощью мощных отопительных приборов электрического типа.
Варианты установок для получения топлива
Каждый из типов оборудования рассчитан на применение в определенной местности. На выбор влияют, как правило, погодные условия. Если климат теплый – можно обойтись недорогой, упрощенной установкой. При суровых условиях понадобятся дополнительные механизмы.
Схема получения биогаза в условиях сельского хозяйстваОсновные виды:
- Установка, рассчитанная на ручную загрузку, в которой нет функции перемешивания и подогрева. Одна из самых простых и распространенных вариаций. Может использоваться и в домашних условиях. Переработка навоза – до 200 кг в сутки.
- Оборудование с ручной загрузкой и возможностью перемешивания биомассы. Более эффективное оснащение при столь же небольшой стоимости.
- Обновленная система, предусматривающая ручную загрузку, подогрев навоза и его перемешивание. Более дорогостоящий вариант оснащения с реактором, подогреваемым специальным котлом. Он работает на постоянно вырабатывающемся биогазе. По карману промышленным фирмам.
- Установка, в которую входит – пневматический механизм перемешивания массы, подогрев, газгольдер и ручная загрузка.
- Полностью автоматизированный набор для сельскохозяйственных и животноводческих фирм. Дорогая и максимально продуктивная.
По карману промышленным фирмам.Принцип работы оборудования
Задействование всего оборудования происходит следующим образом:
- Загружаются отходы;
- Плотно закрывается резервуар;
- Начинается нагрев массы;
- Выделяется газовая смесь;
- Биогаз очищается и отводится для дальнейшего применения.
Схема самодельной установки
Сделать всю перерабатывающую конструкцию достаточно просто. Необходимо сделать:
- Реактор, исходя из объема навоза;
- Специальную подставку под реактор, где будут обираться отходы;
- Клапан;
- Трубку для отвода биогаза;
- Нагревающий механизм.
Максимум работоспособности самодельное устройство продемонстрирует при условии соблюдения нескольких правил. Первое – это герметичность. Второе – правильный подогрев. Третье – заполнение резервуара в пределах нормы.
Как применяют топливо в хозяйстве
С помощью данного типа топлива, которое будет постоянно производиться на участке, можно полноценно отапливать дом и некоторые другие сооружения. Если скота много, уточный объем навоза позволит производить достаточно «бесплатного» экологически чистого газа для отопления даже двухэтажного здания.
Второй способ использования – расходование углекислого газа. Это просто сделать с помощью воды.
Каждый частник, который держит хозяйство, может обзавестись продуктивным оборудованием для выработки биогаза. К тому же, его можно спроектировать самому. Нужно учитывать климатические условия и объемы сырья. В результате выгода использования данного топлива будет весьма ощутимой.
youtube.com/embed/ouRpbgPFI80?feature=oembed» frameborder=»0″ gesture=»media» allow=»encrypted-media» allowfullscreen=»»> Получение биогаза – путь повышения эффективности производства — Компания Fluitech Systems
Биогаз — один из перспективных для Украины альтернативных источников энергии.
Биогазовая установка (БГУ) — это комплекс по переработке сельскохозяйственных, производственных и бытовых отходов, вырабатывающий биогаз, содержащий не менее 60% метана, и высококачественные удобрения. После очищения биогаза получается биометан, который используют как природный газ.
Большинство животноводческих хозяйств сооружают биогазовые установки для получения электроэнергии и тепла. Из 1 куб. м биогаза при сжигании в когенерационной установке (оборудование для комбинированного производства электроэнергии и тепла), можно получить до 2 кВтч электроэнергии. Выход же самого биогаза зависит от вида используемого сырья. К примеру, из тонны навоза крупного рогатого скота образуется 50–65 куб.
м биогаза, из различных видов энергетических растений — 100–500 куб. м. Обычно БГУ производит гораздо больше электроэнергии и тепла (примерно в 1,5–2 раза), чем нужно хозяйству. К примеру, большая молочная ферма на 4 тыс. коров, используя биогазовую установку, производит электроэнергию мощностью около 0,85 МВт и тепло в количестве 1,15 Гкал/ч при существенно меньшем их потреблении. Соответственно их избыток можно продать. Это особенно выгодно в части отпуска электроэнергии, когда энергосистема покупает ее по «зеленому» тарифу. Следует учесть, что себестоимость производимой на биостанции электроэнергии составляет примерно 0,10 грн. за кВтч. Соответственно, владелец хозяйства не только обретает энергонезависимость, но и получает неплохой доход. При работе по «зеленому» тарифу выгодно продавать максимум электроэнергии по высокой цене, чтобы покупать для своих нужд по низкой, как сейчас поступают в Западной Европе.
Кстати, сама биогазовая установка весьма экономна — потребляет всего 10–15% от производимой энергии зимой и 3–7% летом.
Вырабатываемого ею тепла достаточно не только для обогрева коровника, свинофермы или птичника, но и для текущих хозяйственных нужд — получения пара, горячей воды, сушки соломы, семян, дров и пр. Возле биогазовых установок выгодно ставить теплицы — излишки тепла могут идти на поддержание нужной температуры. В себестоимости тепличных огурцов, помидоров, цветов 90% затрат — это тепло и удобрения. Получается, что возле биогазовой установки теплица может работать с максимально высокой рентабельностью.
Обычным навозом или другими отходами удобрять почву нет смысла — они должны «вызреть» в течение трех–пяти лет. Если вы производите биогаз, одновременно получаются уже готовые к применению удобрения — это сопутствующий продукт любой биоустановки. В обычных отходах (например, навозе) минеральные вещества химически связаны с органикой, и растения не могут их «переварить». В переброженной биомассе минералы отделены от органики, поэтому легко усваиваются. Кроме того, получается экологически чистый продукт, лишенный нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов.
Как показывает практика, при использовании жидких или твердых биоудобрений урожаи увеличиваются на 40–50%. Причем расход составляет от одной до пяти тонн вместо 60 т необработанного навоза для 1 га земли. Полученные удобрения можно использовать как для собственных целей, так и продавать. Установка, перерабатывающая 100 т навоза в сутки, позволяет производить около 50 т твердых и 40 т жидких удобрений.
Если дополнить биоустановку системой обогащения биогаза, можно получить биометан — газ, аналогичный природному. Его можно использовать для отопления, заправки машин и других целей. Себестоимость производства биогаза составляет около $25–30 за 1000 куб. м, очищенного — $30–40. Очищенный биогаз можно просто продавать.
Но этим польза от БГУ не исчерпывается. Биостанции также решают проблему очистки и утилизации отходов, что зачастую составляет существенную часть расходов предприятия. Благодаря биогазовым установкам на ферме ликвидируется специфический запах, существенно повышается культура производства.
Поскольку навоз сразу же идет в дело и его не приходится собирать, хозяйству требуется гораздо меньше лагун. Затраты на строительство навозных отстойников — вынужденная мера и нерационально используемые средства. Вложения в биогазовую установку экономят их и позволяют более эффективно использовать земельные площади. Причем строительство биогазовой установки актуально не только для новых животноводческих хозяйств, но и для уже существующих. Во многих случаях лагуны таких хозяйств переполнены, на их содержание расходуются немалые средства. Более того, при использовании обычных отстойников, свалок и лагун фильтрат (жидкость, загрязненная органическими и неорганическими веществами) иногда попадает в грунтовые воды, что недопустимо с точки зрения охраны природы.
Производство биогаза не только гарантирует прибыль, но и позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. В процессе разложения навоза выделяется метан, способствующий образованию парникового эффекта в 21 раз больше, чем углекислый газ.
Свою позитивную экологическую функцию выполняют и биоудобрения, они позволяют снизить применение химических аналогов. Что немаловажно, наличие биогазовой установки позволяет уменьшить санитарную зону (расстояние от предприятия до жилой территории) с 500 до 150 м.
Прежде всего биогазовые установки стоит строить сельскохозяйственным предприятиям — крупным свинофермам, фермам молочного крупного рогатого скота, птицефабрикам. Если при строительстве нового животноводческого хозяйства не устанавливать биогазовую установку, придется протягивать газопровод, линию электропередачи, устанавливать резервные дизель-генераторы и строить лагуны. Целесообразнее расходуемые на эти цели средства направить на сооружение БГУ. Экономия капитальных затрат может составит в этом случае более 30% от стоимости биогазовой установки. В списке наилучших сырьевых источников для БГУ также тепличные хозяйства, мусороперерабатывающие предприятия, коммунальные структуры и городские очистные сооружения. Реальную пользу могут получить спиртовые, пивоваренные и сахарные заводы, мясокомбинаты, изготовители дрожжей, молокозаводы, хлебобулочные комбинаты, заводы по производству чипсов и переработке картофеля, производители соков и консервов, виноделы, рыбные цехи и другие подобные предприятия.
Если у вас нет отходов, но имеются большие земельные площади, для производства биогаза есть смысл выращивать энергетические культуры — силосную кукурузу, многолетние травы и пр. Себестоимость биогаза будет выше, чем при использовании навоза, зато из одной тонны растительного сырья получается его как минимум в три раза больше, чем из коровьего навоза.
Биогазовая установка может стать отдельным бизнесом по переработке отходов. Но в этом случае она зависима от заказчиков услуг. Поэтому стоит инвестировать в проект лишь при наличии долгосрочных контрактов на услуги по очистке и утилизации отходов.
Выбор оборудования для производства биогаза в Украине не так уж широк, очевидно ввиду того, что этот бизнес пока находится на этапе становления. Наиболее известные мировые брэнды — немецкие. Это Schmack, EnviTec Biogas, Biogas Nord, Lipp. Самое дорогое оборудование производит Schmack: стоимость биогазовой станции под ключ составляет 4 млн евро за 1 МВт. Biogas Nord, EnviTec Bio-gas, Lipp — это средний ценовой сегмент (3–3,5 млн евро).
Украинско-швейцарский брэнд Zorg предлагает биоустановки за 2,5–2,7 млн евро (собираются по немецкой технологии из немецких компонентов). Во всех случаях комплектующие для биогазовых станций используются одинаковые. На цену влияет в основном престижность брэнда. Кроме того, каждая компания закладывает в стоимость свои внутренние издержки (зарплата персонала, инженерные разработки и т. п.). Из всех упомянутых компаний представительства в Украине имеют лишь две: Zorg (Киев) и EnviTec Biogas (Буча, Киевская обл.). В Украине биогазовые установки не производятся, осуществляется только их проектирование и сборка.
Как правило, в стандартный комплект биогазовой установки входят емкость гомогенизации (где сырье смешивается в однородную массу), загрузчик сырья, реактор, мешалки, газгольдер (для хранения биогаза), газовый водогрейный котел, насосная станция, сепаратор, бак для удобрений, система контроля и безопасности. Такая установка выдает только биогаз и удобрения. Для комбинированного производства электроэнергии и тепла нужна когенерационная установка (дополнительные затраты составят около 30% от цены стандартной комплектации под ключ).
Мощность электростанции БГУ зависит от масштабов сырьевой базы, выработки биогаза, потребности предприятия в электроэнергии и размера инвестиций. Она варьируется от 1 кВт (бытовые установки) до нескольких десятков МВт. Наиболее рентабельными являются станции средней и большой мощности — от 500 кВт и выше. БГУ, оснащенные такими станциями, быстрее окупаются.
Как правило биогазовая станция — это модульная установка, мощность которой при необходимости можно наращивать. Для этого просто добавляют дополнительный реактор и ряд другого оборудования. Это удобно развивающимся хозяйствам, увеличивающим поголовье скота, расширяющим площади посевов и т. п. При строительстве биогазовой установки им не придется брать проект с учетом перспективы, а просто на определенном этапе добавить еще один или несколько реакторов с соответствующим оборудованием.
Возможна комплектация биогазовой установки также линией сушки и фасовки удобрений. Твердые удобрения пакетируются, а жидкие разливаются в соответствующую тару.
Для производства биометана установка оснащается системой очистки, которая позволяет производить очистку биогаза до требуемого состояния (полного аналога природного газа с концентрацией метана в пределах 90–97%). После очистки газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей либо подаваться в общую систему газоснабжения.
Биогазовой установкой управляет система автоматики, контролирующая работу насосной станции, мешалок, системы подогрева, газовой автоматики, генератора. При компьютерном управлении и контроле за процессом достаточно всего двух-трех человек, работающих посменно. Причем после соответствующего обучения на установке может работать специалист невысокой квалификации.
Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья. Это навоз, птичий помет, зерновая и меласная послеспиртовая барда, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки и пр.), бытовые отходы. Используются также отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка) и предприятий по производству соков (фруктовый, ягодный, овощной жом, виноградная выжимка), технический глицерин от производства биодизеля из рапса.
Можно производить биогаз из отходов переработки картофеля (очистки, шкурки, гнилые клубни и пр.), различных энергетических культур (силосной кукурузы, рапса, подсолнечника, овса, сахарной и кормовой свеклы вместе с ботвой, зерновых) а также травяного силоса, смеси клевера с другими травами и пр. Качество сырья характеризуется влажностью (чем она ниже, тем лучше), выходом биогаза и содержанием в нем метана. В среднем из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50–65 куб. м биогаза с содержанием метана 60%, из различных видов энергетических растений — 150–500 куб. м с 70% метана. Максимальное количество биогаза —1300 куб. м с содержанием метана до 87 % — можно получить из животного жира. При использовании биотехнологий для переработки отходов животноводческих хозяйств и птицефабрик, предприятий АПК обеспечение сырьем не является проблематичным. Биогазовые установки на навозе — самые простые по конструкции. Микроорганизмы, участвующие в процессе брожения, попадают в навоз уже из кишечника животных, поэтому их не нужно добавлять к отходам для ускорения процесса разложения (как, например, в случае с некоторыми видами растительного сырья).
Также не нужно оснащать установку реактором гидролиза (как с птичьим пометом).
Одна дойная корова дает в сутки от 30 до 70 кг навоза. Биогазовая установка будет экономически эффективной для ферм с поголовьем от 300–400 дойных коров. Одна свиноматка с 20–24 поросятами дает в день приблизительно 14,5 кг навоза. Свинья на откорме весом от 30 до 110 кг обеспечивает в среднем 3,5 кг. Из 1 т свиного навоза выходит 65 куб. м биогаза. Птичий помет также является хорошим сырьем для биогазовой установки. Свежий помет несушек, цыплят и бройлеров при клеточном содержании дает выход биогаза 130–140 куб. м с тонны. Помет с подстилкой, убираемый раз в 35–40 дней, обеспечивает около 80 куб. м биогаза с тонны. Хороший потенциал имеют и другие отходы животноводства. Например, продукты бойни в количестве 1 т обеспечивают 300 куб. м биогаза.
Альтернативной базой для производства биогаза и удобрений является растениеводство. В Западной Европе из 15 тыс. биогазовых станций половина работают на кукурузном силосе.
В Австрии кукурузу для БГУ выращивают даже в горах. С каждым годом площадей под энергетические культуры становится больше. Если у предприятия нет отходов, но есть большие земельные площади, растениеводство может стать весьма эффективным источником сырья. С точки зрения выхода газа практически все зеленые растения в свежем или силосованном виде дают высокие результаты. Силосная кукуруза на сегодняшний день — один из наиболее эффективных видов растительного сырья для переработки. Она дает хороший урожай с гектара и большой выход газа (с 1 т — 220 куб. м). Затраты на производство кукурузы относительно невелики, а техника для ее посева, уборки и дальнейшей обработки есть практически в каждом хозяйстве. Хорошая альтернатива кукурузе — свекла. Из 1 т ботвы получается 200 куб. м биогаза. Тонна разных видов трав дает 250 куб. м биогаза.
В Западной Европе практикуются так называемые энергетические севообороты, когда одна энергетическая культура сменяется другой, что позволяет собирать зеленую массу два раза в год, подавлять рост сорняков и значительно экономить средства предприятия.
Также выращивают по две культуры на одном поле одновременно, например кукурузу и подсолнечник или кукурузу и просо, что позволяет увеличить содержание питательных веществ в силосе и стабилизировать урожайность в засушливые годы. Эти технологии вполне реально применять у нас — хозяйства будут всегда обеспечены качественным высококалорийным сырьем. Причем разные культуры могут в реакторе смешиваться — во многих случаях это дает даже более эффективные результаты, чем при использовании одного вида сырья. Что немаловажно, при выращивании энергетических культур не тратятся средства на удобрения, поскольку они производятся на биогазовой установке. Но у всех видов растительного сырья есть один недостаток — нужно вкладывать средства в их выращивание и уборку. Соответственно, себестоимость производства биогаза из них выше, чем из навоза. Большинство видов сырья можно смешивать. Различие состоит лишь в способах его подачи. Для твердых видов — это шнековые загрузчики, для жидких — приемные резервуары с насосной станцией.
Если планирутся использовать разные виды биомассы, стоит укомплектовать станцию обоими типами загрузки.
Оптимальный вариант по сырью — коровий и свиной навоз. Такие установки самые дешевые по конструкции и простые в эксплуатации, а для переработки биомассы не требуются дополнительные модули. Но из-за невысокой калорийности навоза есть смысл устанавливать биогазовые станции лишь на базе достаточно крупных хозяйств. Малые установки будут долго окупаться, приносить невысокий доход, да и сырья для производства биогаза может быть недостаточно. Придется либо его специально закупать, либо параллельно с разведением коров и свиней выращивать какие-нибудь сельхозкультуры. Но это дополнительные расходы, да и не всегда в распоряжении небольшого животноводческого хозяйства имеется для этого достаточно земли.
Основная сложность использования птичьего помета — необходимость двухстадийной технологии производства — он не перерабатывается в биогаз в обычном реакторе. Для этого требуется установить реактор гидролиза, позволяющий контролировать уровень кислотности (чтобы бактерии не погибли из-за повышения содержания кислот и щелочей).
Дополнительный модуль приводит к 30%-ному удорожанию биогазовой станции. Помет можно перерабатывать и по обычной одностадийной технологии, но смешивая его с другими видами сырья, например с навозом или силосом (на 2 т помета 1 т силоса). Кроме снижения капитальных затрат смешивание дает повышенный выход биогаза.
Интенсифицировать работу биогазовой установки помогут катаболические (разрушающие) энзимы — природные протеины, ускоряющие разложение органических веществ. Они повышают выход биогаза на 20–30% без увеличения объемов исходного сырья, предотвращают образование корки на поверхности биомассы в реакторах, увеличивают теплопроводность сырья и экономят тепловую энергию на его подогрев. Энзимы уже успели положительно себя зарекомендовать на биогазовых станциях в Германии. Стоимость энзимов — 32 евро за 1 кг. Их расход составляет примерно 100 г на 1 т органического сухого вещества.
Для снижения срока окупаемости следует выбрать самое дешевое сырье, перерабатывать максимальный его объем, использовать все возможности установки, потреблять и продавать продукты производства.
Решение о строительстве биогазовой установки, как и при реализации любого проекта, может быть принято только на основе технико-экономических расчетов, учитывающих все особенности ее применения в конкретных условиях.
|
21 сентября, среда | Последнее обновление — 19:27 | vz.ru Разделы
Американская валюта показывает чудеса укрепления к корзине мировых валют. Евро, японская иена и британский фунт, наоборот, упали до многолетних минимумов. Это побочный эффект повышения ставок ФРС. Чем опасен столь крепкий американский доллар и по кому он ударит?
Подробности.
Перейти в раздел…
Владимир Путин объявил частичную мобилизацию и поддержал проведение референдумов не только в республиках Донбасса, но и на освобожденных территориях Запорожской и Херсонской областей. Зачем президенту потребовались военные резервы, кого коснется мобилизация в первую очередь и как новые силы изменят ситуацию на фронтах? Подробности.
Перейти в раздел…
На освобожденных территориях Украины начали применять такую меру борьбы с диверсантами, как выдворение «неблагонадежных граждан». Подобная практика существовала в СССР. Насколько эффективен этот инструмент для пресечения террористической деятельности? Какие ситуации могут дискредитировать практику выдворения? Подробности…
Перейти в раздел…
В столице западноафриканского государства Нигер – городе Ниамее – прошла крупная манифестация за немедленный вывод из страны французских войск.
Перейти в раздел…
Установлена исполнительница теракта, в котором была убита журналист Дарья Дугина.
Перейти в раздел… Британия выпадает из числа мировых державВладимир Прохватилов, президент Академии реальной политики
В ближайшие годы британцы будут беднеть и даже нищать из-за взлета цен на еду и энергию. Почему Лиз Трасс еще хуже, чем Борис ДжонсонАлександр Свистунов, Историк, журналистМэри Элизабет Трасс находится у руля Великобритании меньше месяца. Но уже примерно понятно, что она за политик и чего от нее ждать. Скорее всего – ничего хорошего. Подробности… Обсуждение: 5 комментариев Пока где-то сносят памятники советским людям, в России их ставятСергей Худиев, публицист, богослов
Выбирая, кому ставить памятники, мы говорим нечто важное о себе как об обществе – о своих ценностях и идеалах, надеждах и чаяниях. О том, кто является нашими героями и в ком мы видим образец для подражания. И Зинаида Виссарионовна Ермольева – образец по-настоящему достойный. Обсуждение: 23 комментария
Перейти в раздел…  youtube.com/embed/siplUwdphp4″ title=»YouTube video player» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»> Перейти в раздел…
В Лондоне прошли похороны Елизаветы IIВ Лондоне прошли похороны королевы Соединенного Королевства Елизаветы II, умершей 8 сентября в возрасте 96 лет. После государственной панихиды в Вестминстерском аббатстве катафалк направился через центр британской столицы в Виндзорский замок. Подробности…
Луганск и Херсон подверглись украинской террористической атакеВ пятницу на третьем этаже в здании генпрокуратуры ЛНР в центре Луганска прогремел взрыв. Подробности…
Карл III официально провозглашен королем БританииВ субботу король Карл III был официально объявлен британским монархом на церемонии в духе исторических традиций страны. Торжественное мероприятие стало дважды беспрецедентным: в нем участвовали женщины, а за происходящим можно было следить в режиме реального времени Подробности… Перейти в раздел… 21:02 собственная новость
Центр реставрации книг решили создать в КировеПерспективы создания на базе библиотеки имени А. Подробности… 20:39 собственная новость В Тверской области запланировали торжества в честь 350-летия Петра IМероприятия в честь 350-летия со дня рождения Петра I в 2022 году вошли в перечень культурного развития Верхневолжья, сообщили в правительстве Тверской области, где рассмотрели реализацию национального проекта «Культура». Подробности… 19:30 собственная новость Названы сроки создания модельных библиотек в СтавропольеМодельные библиотеки откроют в Благодарненском, Георгиевском и Левокумском округах Ставрополья в 2022 году по нацпроекту «Культура», сообщила министр культуры края Татьяна Лихачева. Подробности… Перейти в раздел…
Перейти в раздел… НОВОСТЬ ЧАСА:Путин назвал ошибку, которую Россия больше не допустит
|
|
Новости СМИ2
Новости СМИ2
О газете | Вакансии | Реклама на сайте |
..
..
Манифестация прошла под российскими флагами и с лозунгами «Франция – вон!», «Французские колониальные войска должны уйти», «Да здравствует Путин и Россия!». И это в стране, которая считается главным союзником Франции в регионе. Что же произошло? Подробности…
По данным ФСБ, преступление совершила гражданка Украины Наталья Вовк. Эксперты полагают, что у террористки могли быть сообщники, а в подготовке преступления задействованы страны ЕС. Удастся ли Москве добиться выдачи Вовк из Европы, куда та смогла скрыться после убийства Дугиной? Подробности…
И еще из-за обвала фунта – капиталы-то бегут.
Подробности…
Подробности…
В результате погибли генпрокурор республики Сергей Горенко и его заместитель Екатерина Стегленко. Глава ЛНР Леонид Пасечник назвал произошедшее терактом.<br>Также в пятницу ВСУ нанесли ракетный удар по центру Херсона, рядом со зданием администрации упали не менее пяти ракет HIMARS
И. Герцена регионального центра реставрации книг обсудила министр культуры России Ольга Любимова с главой Кировской области Александром Соколовым.
Об этом газете ВЗГЛЯД заявил эксперт в области энергетики Станислав Митрахович. Ранее в Киеве сообщили о намерении отказаться от импорта голубого топлива и заменить его на биогаз за 10 лет.
«Для производства этого вида топлива берется всевозможный разлагающийся биоматериал (навоз с птицеферм, например), который гниет, вырабатывая газ в небольших количествах. И на Украине, да и во всем мире давно есть практика улавливания этого газа для дальнейшей переработки в электроэнергию», – пояснил собеседник.
м биогаза в год. Это очень амбициозная цель на следующие 10 лет. Но 0,5 млрд куб. м биогаза через два года вполне реально», – цитирует в понедельник Макогона ТАСС.
Призыву на военную службу будут подлежать только находящиеся в запасе граждане и прежде всего те, кто проходил службу в рядах ВС.
Как получить биогаз из навоза, биогазовая установка своими руками
Технология получения газа из навоза зависит от вида и качества используемой навозной массы, выбранным режимом брожения, составом получаемых продуктов. Процесс включает в себя несколько важных технологических этапов. От того насколько четко и своевременно они будут выполнены зависит объем и качество получаемого газа.
Переработка навоза в биогаз
Подготовка сырья. Мероприятия включают в себя загрузку биомассы, ее измельчение, добавление воды, биологических и химических составов, гомогенизация, смешивание и подогрев (при необходимости). Если исходное сырье состоит из нескольких субстанций, то подготовительные мероприятия проводятся отдельно с каждой из них. Предварительная подготовка сырья позволяет ускорить процесс брожения и получения биогаза. В ходе подготовки необходимо добиться высокой однородности смеси и влажности не менее 90%.
Загрузка реактора
- Существует два способа загрузки биореактора:
- раздельная подача жидкой и твердой фракции;
- предварительное смешивание жидкой и твердой фракции и подача в биореактор единой гомогенизированной массой.
При этом важно соблюдать пропорции подачи сырья, чтобы не нарушить процесс брожения.
Обеспечение нужного температурного режима. Процесс брожения осуществляется под воздействием специальных бактерий. Для их эффективной работы на протяжении всего процесса переработки необходимо поддерживать определенный уровень температуры в биореакторе. Уровень температуры определяется выбранным режимом для протекания реакции. Мезофильный режим предполагает поддержание температуры в диапазоне 30-40 градусов с возможным перепадом не более чем на 1 градус в час. При термофильном режиме необходимая температура должна составлять 50-55 градусов, при этом перепад температуры должен составлять не более 0,5 градусов в час.
Получение биогаза. Основным продуктом разложения биомассы является биогаз. Образующийся газ поднимается в верхнюю часть биореактора, откуда по газоотводным трубкам выводится в специальную емкость – газгольдер.
Получение удобрения
Побочным продуктом технологии получения биогаза является ценное минеральное удобрение (дигестат), которое отводится из биореактора в специальный накопитель.
Очистка биогаза
Биогаз состоит из смеси газов: около 63 % метана, примерно 33% углекислого газа, около 2% сероводорода и 1% аммиака. Очистка биогаза предполагает увеличение содержания в нем метана до 90-98%. Удаление каждой примеси производится индивидуальным способом. Сероводород оседает на специальных изоляционных материалах трубопроводов. Углекислый газ и прочие соединения – посредством смешивания биогаза под высоким давлением с водой. Далее для удаления чрезмерной влаги применяется конденсационный метод – разогретый до высокой температуры газ пропускают по холодному трубопроводу. В результате таких манипуляций получается газ, которым можно заправлять транспортные средства.
Установки для получения биогаза
Получить газ из навоза можно при помощи биогазовой установки. Это может быть установка, собранная своими руками, быстровозводимая сборно-разборная мобильная установка или целый промышленный комплекс, работающий полностью в автоматизированном режиме.
Основными элементами установки являются:
- емкость для приема и предварительной подготовки сырья;
- система транспортеров и трубопроводов;
- биореактор;
- газоотводные трубки;
- газгольдер;
- емкость для дигестата;
- система очистки биогаза;
- система автоматики.
Условия, необходимые для эффективного функционирования установки:
- абсолютно герметичный биореактор;
- постоянное поддержание требуемой температуры биомассы;
- достаточная влажность и высокий уровень гомогенизации биомассы;
- необходимый показатель кислотности сырья;
- добавление ускорителей или замедлителей процесса разложения;
- равномерный прогрев и постоянное перемешивание сырья;
- своевременное удаление отработанной массы и добавление новой.
Специфика функционирования промышленной установки основана на периодической загрузке биомассы в реактор, с применением насосной станции или загрузчика.
Герметичный реактор, изготовленный из железобетона или стали с покрытием, представляет собой утепленный и подогреваемый резервуар, который оснащен миксерами. Работа его осуществляется без доступа воздуха. В реакторе находятся полезные микроорганизмы, жизнедеятельность которых обеспечивает биомасса. Для поддержания жизнедеятельности бактерий подается органическое сырье, которое подогревается до 35-38 °C и периодически перемешивается. Полученный биогаз скапливается в газгольдере. Следующий технологический процесс – очистка биогаза, посредством его прохождения через систему очистки. Конечный этап – подача потребителям в котел или электрогенератор.
Для некоторых видов сырьевой массы, применяемой в чистом виде, используется особая одностадийная технология сбраживания. К примеру, спиртовая барда перерабатывается с помощью добавления химических ингредиентов. Для меласной кислой барды применяется щелочь. Возможна переработка этого вида сырья и без химических добавок. В этом случае производят коферментацию (смешивание) с другими субстратами, например, с силосом либо навозом.
Наиболее популярный промышленный метод получения — анаэробное сбраживание в метановых установках. Биогазовая технология производства представляет собой метановое сбраживание с помощью кислотных и метановых микроорганизмов, полученных при разложении органических элементов. Она основана на свойстве органических отходов выделять биогаз в бескислородных (анаэробных) условиях. Технологический процесс осуществляется в три этапа:
- Гидролиз. На этом этапе происходит ферментация органических веществ под действием гидролизных бактерий. Такие микроорганизмы разлагают протеины, липиды и длинные звенья сложных углеводородов в более короткие цепочки.
- Сбраживание. В процессе этого этапа кислотообразующие микроорганизмы вырабатывают органические кислоты, которые окисляют и расщепляют сложные соединения в более простые типы. В сбраживаемой среде образовываются первичные продукты брожения, преобразующие органические кислоты в биогаз.
- Генерация метана. На третьем этапе метанообразующие микроорганизмы, продуцирующие метан, разлагают соединения с невысоким молекулярным весом. Происходит утилизация водорода, уксусной и углекислой кислоты. Метанообразующие микроорганизмы существуют только в бескислородных (анаэробных) условиях. Поэтому, от созданных для их жизнедеятельности условий зависит интенсивность процесса газового выделения.
В производстве биогаза участвует симбиоз всех трех микроорганизмов.
Оптимизация биогазовой технология производства обеспечивается на этапе сбраживания. Для прохождения этой стадии достаточно обеспечить следующий технологический режим:
- правильно выбрать время для сбраживания;
- подобрать сырье с оптимальным уровнем влажности;
- поддерживать в реакторе бескислородные условия;
- соблюдать температурный режим;
- обеспечивать доступность питательной среды для микроорганизмов;
- своевременно производить загрузку и выгрузку сырья;
- соблюдать кислотно–щелочной баланс;
- выдерживать технологическое соотношение содержания азота и углерода;
- производить регулярное перемешивание;
- исключить из процесса вещества, которые могли бы подавлять либо задерживать течение происходящих процессов.
Биогазовая установка своими руками
Вполне реально получить газ из навоза в домашних условиях, используя самодельную установку.
Самый оптимальный вариант для частного дома – устройство подземного бункера из кирпича или бетона с двухсторонней обработкой гидроизоляцией и газонепроницаемыми составами. Это обеспечит требуемую герметичность. Можно закопать готовую емкость. Возможно размещение такой емкости и на поверхности или в проветриваемом помещении. В любом случае обязательное условие – выполнение наружной теплоизоляции бункера или емкости.
Разрешения органов власти
Устройство любой биогазовой установки связано с определенным риском, поскольку в процессе участвуют токсичные вещества, а на выходе получается горючая смесь. Поэтому для эксплуатации такой установки следует пройти согласование в СЭС, газовой и пожарной инспекции, разработать проектную документацию, оформить все необходимые документы, получить лицензию на использование установки.
Оборудование
В зависимости от размеров и конструкции установки могут потребоваться:
- механизированная техника для устройства котлована;
- бетономешалка;
- кирпич, арматурная сетка;
- гидроизолирующие материалы;
- утеплитель;
- инструменты: дрель, лопата, шпатель мастерок, измерительные приборы;
- крепежные элементы;
- емкость для биогаза;
- пластиковые или металлические трубы;
- емкость для очистки биогаза с водяным затвором.
Яма для биореактора
Габариты подземного резервуара определяют расчетным путем, исходя из ежедневного количества загружаемого навоза (плюс объем добавляемой воды) и периода брожения. Загрузка осуществляется примерно на две трети.
До начала работ следует уточнить уровень грунтовых вод, отсутствие коммуникаций в месте выполнения работ. Готовый котлован изолируют пленкой ПВХ. Далее выполняется подготовка основания (используется керамзитобетон с армированием). Выполняется возведение бункера в соответствии с проектной документацией, подводятся вводные и выводные трубопроводы диаметром не менее 30 мм. (с соблюдением уклона). Все вводные и выводные отверстия тщательно замоноличивают для обеспечения герметичности. Следует помнить об обработке гидроизоляционным составом и выполнении утепления стен бункера.
Устройство газового дренажа
Для этого можно использовать специальную электрическую мешалку внутри установки либо самодельные дренажные трубы, выполненные по принципу барботажа.
Монтаж газгольдера
В домашней установке купол можно разместить непосредственно на крыше биореактора, выполнив его из кирпича (с оштукатуриванием) либо из металлического конуса (окрашенного масляной краской). В качестве газгольдеров удобно использовать мешки из ПВХ – они раздуваются, сохраняя свою прочность. В верхней части купола устанавливается газоотводная трубка с предохранительным клапаном и гидрозатвором.
Подогрев биореактора
Подогревать биореактор можно от домашнего теплоносителя – горячая вода будет походить через нагревательные трубы, расположенные внутри реактора. Также для подогрева можно использовать электрические приборы.
Меры безопасности
Биогазовая установка – взрывоопасный объект, поэтому при ее эксплуатации следует соблюдать меры предосторожности, аналогичные эксплуатации газовых установок. Главное требование – правильная эксплуатация установки, в том числе:
- четкий алгоритм загрузки и выгрузки;
- постоянное перемешивание сырья;
- постоянный подогрев, особенно в холодный период;
- учет рисков токсичности и взрывоопасности биогаза.
Необходимые меры предосторожности:
- обязательная вентиляция помещения, где установлен биореактор;
- заземление реактора, трубопроводов и хранилищ;
- отсутствие источников огня в радиусе 5 метров от газгольдера;
- регулярный инструктаж по технике безопасности;
- наличие противопожарного щита и запаса воды;
- установка приборов контроля;
- исключение использования спецодежды из синтетики и стальных инструментов;
- обнаружение утечек газа только мыльным раствором;
- перед ремонтом реактора проверять наличие в нем газа;
- нижняя граница эксплуатации линии +5 градусов.
Выроботка биогаза
Рынок биогаза неуклонно возрастает. Ожидается, что за период с 2018 до 2026 года, его прирост составит 4,65% и достигнет в 2018 году – 20 852,20 млн. долларов США, а в 2026 году – 29 984,92 млн. долларов США.
Выход биогаза и наличие в нем метана зависит от влажности исходного сырья. Чем этот показатель ниже, тем выход больше. Из тонны навоза, полученного от крупного рогатого скота, средний выход биогаза – 50–65 м³, с содержанием метана 60%. Из тонны энергетических растений получают 150-500 м³ такого газа, с 70% содержанием метана. Максимальный выход можно получить из животного жира –1300 м³, с 87 % метана.
| Сырье (субстрат) | Биогаз (м3 на м3 субстрата) |
| Куринный помет | 53,71 |
| Конский навоз | 40,60 |
| Навоз КРС | 32,40 |
| Навоз КРС (свежий) | 76,69 |
| Овечий навоз | 162,00 |
| Свиной навоз | 25,52 |
Next
Как из навоза получить газ
biogas.
suНаш проект посвящён популяризации и продвижению биогазовой энергетики и экологичной утилизации биологических отходов на территории Российской Федерации, Белоруссии, Казахстана и Кыргызстана.
Related posts
Производство биогаза из отходов животноводста и ферм
Биогаз получают из навоза, органических остатков и птичьего помёта. Этот вид газа используется как альтернативный источник машинного топлива. Производство биогаза из отходов позволяет утилизировать излишки навоза на фермерских предприятиях. Возможно использование биогаза для получения электроэнергии и отопления жилых помещений.
Содержание
- 1 Что такое биогаз?
- 2 Технология производства биогаза
- 3 Экологическая ценность производства биогаза
- 4 Перечень используемого сырья для производства биогаза
- 5 Устройство и особенности оборудования для производства биогаза
- 6 Состав биологического газа
Что такое биогаз?
В сельском хозяйстве избыток навоза – проблема, решить которую возможно с помощью монтажа биогазового оборудования. Биогаз образуется в процессе брожения навозных масс. Метанобразующие, гидролизные и кислотообразующе бактерии питаются остатками жизнедеятельности предыдущих бактерий.
Процесс формирования газа состоит из 4 стадий:
- Гидролизная фаза.
- Кислотообразующая фаза.
- Ацетогенная фаза.
- Метаногенез.
Для производства биометана деятельность бактерий регулируется искусственным путём. Навозные массы размещают в специальных резервуарах, где перекрыт доступ к кислороду. Аэробные микробы способствуют получению чистых форм азота, калия и фосфора. В процессе брожения выделяется газ, повышается качество переработанных удобрений.
Технология производства биогаза
В ёмкости для производства биогаза из отходов животноводства поддерживается температура 35-38 градусов по Цельсию, контролируется атмосферное давление. Необходимо соблюдать условия хранения и периодически перемешивать загруженное сырьё. Перемешивание позволяет избавиться от корки, образующейся на поверхности навоза.
На образование газа из отходов животноводства потребуется некоторое время. Через 10 дней после появления биометана в резервуар загружают новое сырьё. Последующие процессы образования газа будут происходить быстрее.
Из 1 куб.м. удобрений получают 2-3 куб.м. биометана. Факторы, влияющие на качество продукта:
- кислотность и химический состав загруженного сырья;
- влажность в резервуаре;
- введение стимулирующих добавок;
- температура в биореакторе.
Процесс производства биометана безопасен для окружающих. После прохождения очистки биогаз подают в котлы или электрогенераторы.
Для изготовления биологического газа без специального оборудования сырьё измельчают, смешивают с водой и помещают в герметичную ёмкость. Резервуар необходимо заполнять на 85-90%. Возможно размещение ёмкости в подземном котловане, но тепловая изоляция должна располагаться в верхней части. Стены котлована для подземной установки заливают керамзитобетоном.
В установленную конструкцию монтируют устройство для перемешивания навоза. Перемешивать содержимое ёмкости необходимо ежедневно. Через 5 дней проверяют наличие биогаза в резервуаре. Образовавшийся газ компрессором откачивают в баллоны. Каждые 15 суток загружают новое сырьё для переработки.
Экологическая ценность производства биогаза
Биогаз, образованный в результате брожения отходов животноводства, служит заменителем топлива. Переход на топливо из биологического газа сокращает выбросы метана в атмосферу. Метан – газ, высокая концентрация которого в земной атмосфере приводит к образованию парникового эффекта и ведёт к изменению климата. Переработка биогаза – экологически безопасный метод использования метана.
На промышленных сельскохозяйственных предприятиях хранение отходов животноводства бывает затруднительным. Навоз сохраняет свои свойства в среде, где поддерживается определенная температура. Скопление навоза в неподготовленных местах лишает сырьё азота – важного компонента сельскохозяйственных удобрений.
За неутилизацию удобрений законом предусмотрены штрафы. Синтетические удобрения содержат опасные химические соединения, наносящие ущерб окружающей среде. Переработка навоза в биогазовых реакторах позволяет обрабатывать значительные объёмы сырья, сохраняя его свойства.
Перечень используемого сырья для производства биогаза
Помимо навоза, возможно использование другого сырья для получения биометана:
- Отходы, образованные в процессе производства биодизеля из рапса;
- Органические бытовые отходы;
- Продукты рыбного, молочного и мясного производства;
- Пивная дробина;
- Зерновая барда;
- Свекловичный жом;
- Кофейная пульпа.
Устройство и особенности оборудования для производства биогаза
Переработка биологического газа происходит в специальных установках. Оборудование установки состоит из:
- Биореактора;
- Приёмника отходов;
- Резервуара для хранения;
- Автоматизированной системы подачи навоза;
- Механизма для перемешивания сырья;
- Оборудования, помогающего поддерживать необходимые температурные условия.
Дополнительные элементы оборудования ускоряют процесс производства и повышают качество получаемого продукта. Возможна установка системы безопасности.
Частные фермеры используют упрощённые устройства для переработки биогаза. Вместо биореактора применяют топливные цистерны или метантенки. Объём ёмкостей – 50 куб. Подогрев упрощённых устройств осуществляется при помощи средств отопления.
Состав биологического газа
После завершения всех этапов переработки биологический газ состоит из 50-87% метана и 13-50% диоксида углерода. Присутствуют водородные и сероводородные примеси. Очистка от примесей позволяет создать биометан.
Использование продуктов биогазовой установки в качестве автомобильного топлива сокращает количество вредных выхлопных газов и увеличивает срок службы двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость биометана ниже, чем стоимость других типов топлива. Переработка биотоплива необходима странам, в которых отсутствуют месторождения природного топлива.
Применение биогаза получило широкое распространение в странах Европы – Дании, Германии и др. Биогазовые установки строятся в Китае, Индии, Непале. В России в соответствии с действующим правительственным указом внедрение и совершенствование методов переработки биологического газа – приоритетное направление развития биотехнологий.
Узнайте еще много нового:
Переработка навоза в биогаз, топливо, удобрения, картон, гранулирование
Переработка отходов животноводства в удобрения, топливо и корм
Что относится и способы утилизации сельскохозяйственных отходов
Системы и способы утилизации навоза
Методы компостирования мусора и отходов
Способы переработки органических отходов
Обработка осадков сточных вод: методы очистки и сушки
Переработка послеспиртовой барды: что это такое, описание методов
Первичная и глубокая переработка молока
Переработка и утилизация опавших листьев
Очистные сооружения для очистки сточных вод
Утилизация куриного и перепелиного птичьего помета
Производство метана из отходов животноводства
AE-105АЕ-105
Университет Пердью
Кооперативная служба расширения
Уэст-Лафайет, IN 47907
Дон Д.
Джонс, Джон К. Най и Элвин К. Дейл Факультет сельскохозяйственной инженерии
Университет Пердью
Содержимое
Преимущества и недостатки метана Процесс образования метана Метан из отходов животноводства – потенциал и проблемы Ценность и использование метанового газа Энергетическая ценность газа Использование газа Проектирование и строительство варочного котла Размер варочного котла и экологические требования Требования к конструкции варочного котла Хранение сбора метанового газа, коррозия и безопасность Сбор газа Хранение газа Сведение к минимуму проблем с запахом и коррозией Соображения безопасности Мониторинг дигестора Последние инновации в варочных котлах Варочные котлы для кукурузных початков Термофильные метантенки Варочные котлы для жидкого навоза Определение возможности добычи метана Обобщение результатов примера Дополнительная информация о производстве метана
Метан, который является основным компонентом природного газа (95-98
процентов), извлекается в промышленных масштабах из месторождений в глубине
земной шар. Этот метан образовался миллионы лет назад в болотистой местности.
(поэтому его иногда называют «болотным газом») биологическим
преобразование органических веществ.
Технология, необходимая для получения метана из отходов животноводства и другие сельскохозяйственные отходы известны уже около 100 лет. Но из-за недорогая и обильная нефтяная энергия, ее использование было ограничено в США Сегодня, однако, высокие затраты на энергию и низкая прибыль опыт работы на некоторых животноводческих предприятиях, а также недавний варочный цех улучшения посредством исследований заставляют многих фермеров переоценивать возможность внутрихозяйственного производства метанового газа от скота напрасно тратить.
В данной публикации описывается процесс образования метана, обсуждаются проектирование внутрихозяйственных систем и их проблемы, а также дает порядок определения потенциала развития технологии на вашей ферме .
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНА
Преимущества . Основной из них заключается в том, что полезный конечный продукт, газообразный метан,
производится. Кроме того, потенциал запаха хорошо переваренного скота
отходов значительно меньше. Хотя переваренные отходы немного
меньше ценности удобрения, чем непереваренные отходы, они легче
доступны растениям. Он просто преобразуется в более полезную форму.
Недостатки . Есть несколько, которые должны быть тщательно учитывать при оценке потенциала образования метана на предплечье.
* Метановый варочный котел большой и дорогой. Расход возникает из тот факт, что он должен быть хорошо изолирован, воздухонепроницаем и снабжен источник тепла. Размер обычного метантенка равен 15-20 раз превышает ежедневный объем производимых отходов или больше, если отходы разбавлены перед пищеварением. Объем отходов, которые необходимо утилизировать соответственно возрастает, если используется разбавляющая вода.
* Требуется очень высокий уровень управления. метановый реактор
могут быть чрезвычайно чувствительны к изменениям окружающей среды, и
на исправление биологического расстройства могут уйти месяцы. Образование метана прекращается
или очень низкий во время расстройства.
* Пуск — обычно наиболее критическая фаза метана поколения — сложно. Бактерии, образующие метан, очень медленно растет, и требуется несколько недель, чтобы установить большой бактериальное население.
* Метан трудно хранить, так как при нормальных температурах газ можно сжимать, но не сжижать без специального, очень дорогое оборудование.
* Наконец, метан может образовывать взрывоопасную смесь при контакте с воздухом.
ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНА
Генерация метана осуществляется путем анаэробного сбраживания. (биологическое окисление в отсутствие кислорода) органических веществ таких как отходы животноводства и растительные отходы. Газ, произведенный в внутрихозяйственный варочный котел состоит всего лишь на 65 процентов из метана, остальное углекислый газ и следовые количества органических газов.
Для производства метана требуются две основные группы анаэробных
бактерии — «кислотообразователи», которые превращают отходы в органические кислоты; а также
метанообразователям, которые затем превращают эти органические кислоты в
метан и углекислый газ (рис. 1). Кроме того, существуют два различных
диапазоны температур, в которых эти бактерии могут производить значительные
количества газообразного метана — мезофильный диапазон (90-110F) и
термофильный диапазон (120-140F). Недавние исследования с использованием термофильных
бактерии кажутся перспективными и будут кратко обсуждены позже;
однако эта публикация касается в основном обычного пищеварения.
агрегаты, работающие в мезофильном диапазоне.
Рисунок 1. Процесс образования метана.
Генерация метана очень похожа на контролируемое сжигание
(неполное сгорание) древесины для производства древесного угля, т. е. сжигание
вещества в среде с ограниченным доступом воздуха для более быстрого получения
полезный, но высокоэнергетический конечный продукт. Горение древесного угля
требует кислорода для завершения и производит тепло, пепел, водяной пар и
углекислый газ. Для сжигания метана также требуется кислород.
с выделением тепла, водяного пара и углекислого газа.
МЕТАН ИЗ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА – ПОТЕНЦИАЛ И ПРОБЛЕМЫ
Производственный потенциал . Производство метана обычно выражается
в пересчете на кубические футы газа, образующегося на фунт летучих твердых веществ
уничтожен. Летучие твердые вещества составляют органическую часть отходов животноводства;
около 80 процентов твердых веществ навоза являются летучими. галлон жидкости
навоз, содержащий 8 процентов твердых веществ, потенциально может обеспечить около 3 3/4
кубических футов метанового газа или 2 1/2 кубических фута метана (примерно
Из фунта летучих твердых веществ можно получить 10-13 кубических футов газа.
уничтожается в правильно работающем метантенке. Поскольку примерно половина
добавленные летучие твердые вещества могут быть уничтожены, и от половины до трех четвертей
произведенный газ будет метаном, около 5 кубических футов метанового газа
(3 кубических фута метана) может быть произведено на фунт всего навоза.
добавлены твердые вещества).
Что касается размера варочного котла, можно производить от 3/4 до 2 1/2 кубических футов газа (от 1/2 до 1 1/2 кубических футов метана) на кубический фут объема метантенка. Производство газа, ожидаемое от различных животных вид представлен в таблице 1.
Таблица 1. Ежедневные отходы и производство метана молочным, мясным и свиноводческим предприятиями на 1000 фунтов веса животного.
Изделие Молочная говядина Свинина -------------------------------------------------- --------- Сырой навоз (фунты) 82,0 60,0 65,0 Всего твердых веществ (фунты) 10,4 6,96,0 Летучие твердые вещества (фунты) 8,6 5,9 4,8 Метановый потенциал (куб. фут)* 28,4 19,4 18,6 -------------------------------------------------- --------- * Исходя из того, что 65 процентов газа составляет метан.
Токсичные компоненты в отходах . Несколько веществ, обычно встречающихся
в отходах животноводства может препятствовать образованию метана, если присутствует в больших количествах. достаточно концентраций. Наиболее распространенным является аммиак, потому что он
присутствуют в больших количествах в моче животных. Концентрация аммиака
1500 частей на миллион (ppm) считается максимально допустимым
для хорошего производства метана (таблица 2). Выше этого уровня отходы
следует разбавлять водой.
Таблица 2. Влияние концентрации аммиака на образование метана.
Концентрация
(мг/л аммиака-N) Эффект
-------------------------------------------------------------
5 - 200 Выгодно
200 - 1000 Нет побочных эффектов
1500 - 3000 Возможно торможение при
более высокие значения pH
Выше 3000 токсичных
------------------------------------------------
Безусловно, большое количество антибиотиков и очистки
дезинфицирующие средства не должны попадать в варочный котел. По этой причине,
рассмотрите возможность исключения строительных отходов опороса из варочного котла. Антибиотик румензин также токсичен для метановых бактерий и не должен
скармливать крупному рогатому скоту, отходы которого будут использоваться для производства метана.
Стоимость добавления пожнивных остатков . Основное ограничение на нормы загрузки отходов животноводства — это высокое содержание азота (N) по сравнению с содержанием углерода (С). Отношение углерода к азоту в что отходы, добавляемые в варочный котел, должны составлять 20 частей C на одну часть N для оптимального производства метана.
Пожнивные остатки и листья, обычно с низким содержанием азота но с высоким содержанием углерода, может быть полезен для улучшения пищеварения производительность. Смешивание пожнивных остатков с отходами животноводства с высоким содержанием азота обеспечивает более благоприятное соотношение C:N; и добыча газа должна соответственно увеличить.
СТОИМОСТЬ И ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗА СБОРКИ
Энергетическая ценность газа
Если мы знаем потенциал производства метана из различных
виды скота и стоимость сопоставимых объемов товарной
топлива, мы можем затем определить стоимость метанового газа. Предполагая
варочный газ имеет энергетическую ценность 650 британских тепловых единиц (БТЕ).
на кубический фут и галлон пропанового топлива с энергетической ценностью
91700 БТЕ, стоит 60 центов (цена 1980 года), занимает около 235 куб.
футы метанового газа эквивалентны пропану стоимостью в один доллар. Таблица 3
оценивает значение потенциальной добычи газа из каждой
вид скота.
К сожалению, до 1% этого газа приходится использовать для нагрева навоза. который помещается в варочный котел. Кроме того, необходимо некоторое количество тепла, чтобы Держите варочный котел в тепле в зимние месяцы.
Таблица 3. Значение отходов молочного, мясного и свиноводства для образования метана.*
Требуются средние животные
Животное Значение на равное
Вес животного $1,00 в день
-------------------------------------------------- --
фунтов центов/день нет.
Молочный скот 1300 17 6
Мясной скот 900 9 11
Свиньи 150 1,3 77
-------------------------------------------------- --
*Эти расчетные значения основаны на производстве метана
предположения, изложенные в тексте, с использованием 1% метана для поддержания
температура варочного котла и стоимость 60 центов/галлон. для пропана (1980
цена).
Использование газа
Дигесторный газ можно использовать везде, где есть природный газ. применимый. Потребности в биогазе для бытовых нужд были рассчитано в Пенсильванском государственном университете (табл. 4). На ферме это могут быть использованы для зерносушилок или для работы газовых водонагревателей, которые обеспечить тепло обратно в варочный котел и подогрев пола для близлежащего скота здания. Его также можно сжечь в коммерческом обогревателе.
Таблица 4. Требования к газу для брожения для различных Бытовое использование.
Бытовое использование Необходимый объем газа
-------------------------------------------
Приготовление 20-25 м3/ч. на горелку или
150-300 м3/день
Отопление 165 м3/ч. на 100 000 БТЕ/ч.
вход
Освещение 2-3 м3/ч. за мантию
-------------------------------------------
Его наибольший потенциал — в качестве топлива для отопления. Необходимое оборудование
для отопления почти идентичен тому, что требуется для природного газа,
за исключением того, что газовые порты и подача воздуха должны быть изменены, чтобы обеспечить
правильное горение. Горелки, работающие на природном газе, нуждаются в некоторых модификациях.
так как пламя от сжигания метанового газа имеет тенденцию «подниматься» от
горелка. Поэтому требуется определенное количество проб и ошибок,
а отверстия в кожухе горелки наверное придется увеличить
в некотором роде.
Устройства с приводом от двигателя не очень эффективны при прямом управлении. от генератора метана. Например, электрический генератор (приводной газовым двигателем) работающий на переменном крутящем моменте имеет низкий КПД, потому что почасовая добыча и потребление газа почти одинаковы, вне зависимости от нагрузки на систему. Около 16-18 куб. футов метанового газа требуется на час лошадиных сил, предполагая, что энергетическая ценность 650 БТЕ на кубический фут.
Эффективность двигателя можно повысить, удалив из него углекислый газ. варочный газ перед сжиганием, затем сжигание оставшегося
метан. Выщелачивающий газ также можно вводить в воздушный поток в
стационарный дизельный двигатель. До 90 процентов топлива, поступающего в
двигатель по этой методике может работать на метане.
Одно из потенциальных применений метанового газа, которому только сейчас уделяется внимание, это в качестве источника тепла для работы завода по производству спирта на предплечье. Немного производители экспериментируют с системой ферментации кукурузы для алкоголь, который включает подачу побочного продукта барды в скота, используя навоз скота для производства метана, а затем используя метан непосредственно для подпитки процесса производства спирта.
При современной технологии производства спирта энергетический эквивалент
для сжижения и ферментации требуется около 30 кубических футов метанового газа.
зерна для производства одного галлона этанола и еще 60 куб.
футов метанового газа на галлон спирта при перегонке до 160-180
доказательство качества. Это соответствует примерно одному галлону алкоголя на каждые пять
питатели говядины, в то время как барда от галлона алкоголя может
обеспечить корм для примерно трех кормушек для говядины.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ МАШИНЫ
Размер реактора и требования к окружающей среде
Размер биореактора зависит от количества перерабатываемых отходов и необходимое количество разбавления. Рекомендуемая скорость загрузки зависит от видов животных и способов обращения с отходами. Например, если моча (которая содержит около двух третей аммиака) исключается из отходов загрузка может быть соответственно больше. Таблица 5 показывает необходимый объем варочного котла и другие проектные значения варочного котла для каждого вида скота.
Таблица 5. Расчетные значения метанового варочного котла для молочного, мясного и свиноводства.*
Изделие Молочная говядина Свинина -------------------------------------------------- ------------------------------------------------ Навоз: коэффициент разбавления водой 1:0 (н.
Запуск можно ускорить, предоставив источник метана
бактерии. Один из способов сделать это — сначала заполнить 20-25 процентов
объем метантенка с активными отходами метантенка из муниципального
очистные сооружения, затем постепенно увеличивать количество отходов животноводства
добавляется при каждой загрузке в течение 6-8 недель, пока система не будет полностью
оперативный.
Оптимальные условия для работы метантенка: униформа загрузка (желательно ежедневно), нейтральная кислотность, температура 95F, Соотношение углерод/азот 20:1 и уровни вредных веществ ниже их ингибирующих пределов . Близкая к нейтральной кислотность (pH=7,0) хороший показатель исправности. Это означает, что бактериальный популяции находятся в равновесии, «кислотообразующие» производят только столько органических кислот, сколько могут использовать «метанообразователи».
Менее оптимальные условия окружающей среды могут вызвать расстройство, обычно приводящее к кислотным состояниям. Это потому что кислотообразующие бактерии будут процветать в гораздо более широком диапазоне условиях окружающей среды, чем более медленно растущий метанообразующий бактерии.
Кислотные условия можно временно контролировать, добавляя щелочной раствор.
вещество, такое как известь. Однако первопричиной дисбаланса
должны быть найдены и скорректированы, если необходимо поддерживать добычу газа.
Требования к конструкции варочного котла
Варочные котлы должны быть герметичными и должны быть сконструированы таким образом, чтобы они могли изолировать, нагревать и перемешивать содержимое. Показанные на Рисунки 2-5 не обязательно являются лучшими возможными проектами, но они некоторые из них были успешно использованы или предложены для использования знающие лица.
Изоляционный . Поскольку температура имеет решающее значение для образования метана, Сохранение тепла в варочном котле имеет важное значение. Чтобы использовать изоляционные свойства почвы, рассмотрите возможность насыпи почвы вокруг резервуара или закопать резервуар в хорошо дренированном месте, чтобы можно реализовать весь изолирующий потенциал почвы (рис. 2).
Рис. 2. Подземный метантенк из бетонного силоса с плавающей крышкой и промежуточный резервуар для хранения сточных вод (для предотвращения попадания кислорода пищеваритель).
Изолируйте поверхность варочного котла до уровня не менее R=10, где
находится в контакте с землей и не менее чем до R=20, где он находится в
контакт с воздухом (R — мера способности материала сопротивляться
поток тепла. Чем выше значение R, тем лучше изоляция.
ценность). См. публикацию Purdue Extension AE-9.5, «Изоляция скота
и другие хозяйственные постройки», для получения информации о выборе и установке
изоляция.
Отопление . Система, наиболее часто используемая для обеспечения круглогодичная температура 95F для образования метана является теплообменником где трубы горячей воды расположены внутри метантенка. Вода может быть обогрев вне метантенка, возможно, с использованием воды, работающей на метане обогреватель.
Для достижения наилучших результатов отходы следует предварительно нагревать перед добавлением в варочный котел. Для нагрева может потребоваться в пять раз больше тепла. процесс предварительного нагрева, как для поддержания температуры варочного котла.
Перемешивание . Смешивание важно для обеспечения адекватного контакта
между бактериями и отходами, а также для удаления газа из
жидкость. Смешивание можно производить с помощью: (1) механического миксера,
(2) компрессор для барботажа собранного газа обратно через метантенк
жидкости или (3) насос для навоза замкнутого цикла.
Механическая мешалка работает хорошо, если имеется хорошее воздушное уплотнение. поддерживается. Кислород воздуха должен быть исключен из метантенка, чтобы устранить угрозу взрыва. Один из способов сделать это с помощью плавающая крышка, как показано на рисунках 2 и 3.
Рисунок 3. Схема варочного котла с плавающей крышкой.
Если для смешивания используется компрессор , можно вставить трубопровод в метантенк, а рециркуляционный газ из хранилища вводят через открытую трубу или диффузор на дне резервуара. Этот создает турбулентность и удерживает твердые частицы во взвешенном состоянии.
Чтобы облегчить метод перемешивания насоса для навоза , установите трубопровод когда варочный котел построен. Либо мембранный, либо мусорный насос расположенные снаружи варочного котла, должны хорошо работать для этой цели.
Для механического или насосного метода определения мощности в л.с.
(л.с. ), необходимое для смешивания содержимого варочного котла, используйте уравнение:
л.с. = 0,185 х % общего содержания твердых веществ х емкость по жидкости (в единицах 1000 куб. футов).
Например, метантенк объемом 10 000 кубических футов, содержащий отходы на уровне 6 процентов твердых веществ потребуется смеситель мощностью 11,1 л.с. (0,185 X 6% X 10). Относительно частота перемешивания, некоторые мелкомасштабные исследования показывают, что прерывистое перемешивание (3-4 раза в день) примерно так же эффективно, как непрерывное перемешивание.
СБОР, ХРАНЕНИЕ, КОРРОЗИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ГАЗА
Сбор газа
Как указывалось ранее, варочный газ обычно на 60-70 процентов состоит из метана,
а остальное — углекислый газ, немного сероводорода и другие
следовые газы. Для защиты от загрязнения атмосферным кислородом
положительное статическое давление не менее 3 дюймов водяного столба должно быть
поддерживается над жидкостью в метантенке и системах сбора газа.
Это можно сделать, собирая газ с помощью (1) плавающей крышки в верхней части метантенка или (2) регулятор давления для выпуска газа из варочный котел после достижения определенного уровня давления. в В первом случае крышка «плавает» на сжатом газе над жидкость. Некоторое хранение газа происходит под крышкой, и вес крышка обеспечивает положительное давление для распределения газа.
Рисунок 4. Варочный котел, состоящий из резервуара для жидкого навоза. внутри зернового бункера. Пространство между двумя стенками резервуара заполнено изоляция.
Рисунок 5. Схема небольшого двухступенчатого варочного котла, аналогичного принцип к тем, которые используются на муниципальных очистных сооружениях.
Любая используемая газовая труба должна либо наклоняться назад к варочному котлу, либо иметь
ловушки конденсата для предотвращения конденсации водяного пара и блокировки
линии, когда газ остывает. Также важно, чтобы газовый счетчик
быть установлен на линии сбора газа для контроля метантенка
операция; высокий, стабильный уровень добычи газа обычно свидетельствует о хорошем
операция.
Хранение газа
Сосуды для хранения газа должны проектироваться с переменным объемом, потому что они должны приспосабливаться к различиям в скорости добычи газа и расход при сохранении равномерного давления. Конечно, Самый практичный способ минимизировать дорогостоящее хранение газа — найти применение для газа, которые параллельны его производительности.
Плавающая крышка варочного котла также может использоваться для хранения газа. что касается газосбора. Это просто понтонное покрытие, которое плавает на поверхность жидкости и имеет юбочные пластины, опускающиеся в жидкость для обеспечения герметичности (см. рис. 3). Вес плавающей крышки обеспечивает напор и позволяет отводить газ как есть нужный.
Блок хранения газа высокого давления можно, но вполне
дорого для хозяйственного использования. Он может быть как цилиндрическим, так и сферическим
по форме и стальной сварной конструкции. Поскольку существует опасность
взрыв или утечка при хранении под давлением, проконсультируйтесь со знающим
инженер и металлообрабатывающий цех за помощью. Хранение среднего давления
(менее 100 фунтов на квадратный дюйм) более подходит для использования на ферме, чем
хранилище высокого давления.
Некоторое повышение давления увеличивает количество энергии, которое может быть хранится (табл. 6). Но сжижать метан на ферме, так как давление 700 фунтов на квадратный дюйм (psi) и -150F требуется это сделать.
Таблица 6. Зависимость давления от теплосодержания хранимого биогаза.
БТЕ на БТЕ на
Давление кубический фут галлон
------------------------------------
15 фунтов на кв. дюйм 650 87
30 фунтов на кв. дюйм 1300 170
45 фунтов на кв. дюйм 1950 260
60 фунтов на кв. дюйм 2600 350
75 фунтов на кв. дюйм 3250 435
90 фунтов на кв. дюйм 3900 520
------------------------------------
Сведение к минимуму проблем с запахом и коррозией
Сероводород с запахом тухлых яиц может образовываться, если
отходы содержат большое количество сульфатов. В целом, однако,
газ из правильно работающего варочного котла должен иметь лишь незначительное
запах, потому что оба основных компонента — метан и углекислый газ —
без запаха. В любом случае произведенный газ хранится в герметичном
контейнер и сжигается, что устраняет любые проблемы с запахом.
Коррозия — другое дело. Это может быть серьезно. Следовательно, газ вероятно, следует пропустить через фильтр, содержащий свинцовые опилки или смесь древесной стружки и оксида железа для удаления любого водорода сульфид. «Сорбирующие шарики» производства Mobil Oil также могут удаляют сероводород и водяной пар.
Для удаления только водяного пара рассмотрите возможность использования конденсатора. И чтобы удалить углекислый газ, используя молекулярное сито.
Соображения безопасности
Метан чрезвычайно взрывоопасен при смешивании с воздухом в пропорциях
6-15 процентов метана. Дигесторный газ тяжелее воздуха и
оседает на землю, вытесняя кислород. Если сероводород
В настоящее время варочный газ может быть смертельным ядом.
Всегда вентилируйте открытую сторону манометров (манометров статического давления) и клапаны сброса давления наружу и обеспечивают достаточное вентиляция, если варочный котел находится в помещении. Будьте осторожны, когда сжатие и хранение метанового газа. Спецтехника и спец. баллоны должны использоваться, если газ хранится при высоком давлении.
МОНИТОРИНГ МАШИНЫ
К счастью, в отличие от того, что добавляется в муниципальные канализационные варочные котлы,
Отходы животноводства достаточно однородны по составу. Как только процесс
началось и достигло устойчивого состояния, сбои не слишком распространены, если
пищеварительный тракт управляется должным образом. Мониторинг работы метантенка,
тем не менее, это хорошая идея, и ее можно довольно легко реализовать,
использование газообразования или рН варочной жидкости в качестве индикатора.
Добыча газа . Это самый простой и надежный индикатор. В варочном котле с периодической загрузкой (тот, в который добавляются отходы каждый месяц или около того), если добыча газа постепенно падает, Пищевые ресурсы, доступные бактериям, вероятно, исчерпаны, что указывает на пришло время добавить больше отходов в варочный котел. Если добыча газа быстро спадает (в течение 1-2 дней), возможно, причина в расстроен пищеваритель. Среди возможных причин основными являются: слишком высокий уровень токсичных соединений в отработанном корме, слишком высокое содержание корма скорость или слишком низкая температура в варочном котле.
Низкая температура варочного котла может быть результатом неисправности
система отопления. Если за один раз добавляется большое количество отходов,
должны быть предварительно нагреты до 95F, чтобы предотвратить термический удар по метану
бактерии. Лучшая производительность обычно достигается при непрерывном
загрузки, т. е. когда варочный котел загружается меньшим количеством
отходов ежедневно.
Уровень pH . pH (уровень кислотности или щелочности) может быть легко измерить, вставив индикаторную бумагу в жидкость варочного котла и сравнивая результирующую интенсивность цвета, которая развивается с цветом диаграмма. pH должен быть как можно ближе к 7,0 (нейтральный). рН ниже 6,0 указывает на расстройство пищеварительного тракта. Вы можете приобрести pH-бумагу в большинство аптек, аквариумных магазинов или винных магазинов.
ПОСЛЕДНИЕ ИННОВАЦИИ
Варочные котлы для кукурузных початков
Лабораторное исследование Университета Пердью показало, что анаэробный
варочный котел, содержащий початки кукурузы, можно использовать для переработки свиных отходов и
производят метан при температуре до 65°F (рис. 6). Изучение
использовали время задержания 5 дней и скорость загрузки 7,5 фунтов
летучих твердых веществ на кубический фут в сутки. Эта система держит большую
многообещающая сделка для использования в сельском хозяйстве, с ежедневным производством газа до
1,5 объема газа на объем метантенка.
Рис. 6. Подземный варочный котел для кукурузных початков с пластиковой крышкой.
Поскольку в початках много углерода, но мало азота, они улучшить соотношение C:N путем подачи дополнительного органического углерода. Они также обеспечивают поддерживающую среду, к которой бактерии могут прикрепляться и быть остается в варочном котле, а не удаляется вместе с стоки метантенка.
Термофильные дигесторы
Термофильные (высокотемпературные) метантенки были разработаны, чтобы
работают удовлетворительно при 5-дневном сроке выдержки и уровне твердых частиц
10-20 процентов. Производство метанового газа составило около 11 кубических футов.
на фунт уничтоженных летучих твердых веществ. Операция нормально запускается
путем доведения варочного котла до температуры 130F со скоростью
около 3F в неделю.
Во многих отношениях термофильное пищеварение лучше, чем пищеварение при 950F. Производство газа примерно на 20 процентов выше, а разрушение твердых частиц примерно на 10 процентов выше. Кроме того, более высокая температура убивает больше патогенных бактерий, что позволяет переваривать отходы используется в качестве кормовой добавки без дополнительной стерилизации.
Но у термофильного бактериального пищеварения есть и свои недостатки. содержание метана в газе несколько ниже (55%), работа варочного котла не так стабильна, как обычные варочные котлы.
Но главный недостаток — высокая температура.
требуется. Требуется примерно в два раза больше тепла, чем для обычного
варочные котлы. Таким образом, метантенк должен быть хорошо изолирован (R=20 для
поверхности метантенка, соприкасающиеся с землей и R=30+ на открытом воздухе
в атмосферу). Кроме того, варочный котел следует перемешивать, чтобы
обеспечить хороший контакт между бактериями и органическими веществами и
максимизировать добычу газа.
При малом времени выдержки и высоких температурах некоторые средства утилизация тепла, теряемого в стоках метантенка, необходима для того, чтобы система экономична. Значительное количество лабораторных и пилотных в настоящее время проводятся заводские испытания для определения целесообразности термофильных метантенков.
Автоклавы для навозоудаления
Исследователи из Университета Флориды изучили наземный сооружение для хранения жидкого навоза, которое было модифицировано для использования в качестве метановый реактор. В исследовании использовался большой крытый резервуар для хранения, с ежедневными добавками отходов. Добыча газа составила около 60 процентов. из них в обычном варочном котле. Из этой и родственных работ предлагаются следующие предложения по навозогенераторам:
* Резервуар должен быть изначально засеян бактериями из активного
анаэробный метантенк на уровне 10-20 процентов от объема бака до
обеспечить достаточное количество метановых бактерий.
* Соотношение семян и отходов в пересчете на сухую массу составляет не менее 20:1. нужно для молочного навоза. Другими словами, это 1000 галлонов жидкости. молочного навоза обычно добавляют каждый день, емкость для хранения должна первоначально заполнить около 20 000 галлонов варочного котла отстой. После того, как бак наполнится, он откачивается до Уровень 20 000 галлонов, и работа началась снова.
Если муниципальный шлам используется в качестве посевного материала, объемное соотношение 40:1 является оптимальным. необходимо, потому что содержание твердых частиц в шламе варочного котла из муниципальных очистных сооружений составляет примерно половину от молочного навоза.
* Контроль температуры в этом типе варочного котла не является критическим, т.к.
пока температура находится между 70F и 95F. Пищеварение
возможно при 70F, потому что бактерии не удаляются из сточных вод
а большое количество бактерий компенсирует снижение биологического
активность при низкой температуре.
* Емкость для хранения навоза должна быть рассчитана на 180 дней. хранения, потому что для достижения добычи газа требуется около 100 дней. стабильная ставка. Для захвата следует использовать плавающую газонепроницаемую крышку. газа, когда он выделяется из жидкого навоза.
* Когда температура варочной жидкости опускается ниже 70F, газ производство очень низкое, и эксплуатация, вероятно, будет нестабильный. Поэтому зимой нужен обогрев и утепление. если метантенк должен быть надежным источником энергии.
Из-за очень большого объема нагретой жидкости требуется по сравнению с обычному варочному котелку в этот момент кажется, что навозная яма метантенк будет практичным только в южных частях США. Конечно, любой, кто рассматривает возможность преобразования бака для навоза в этот систему следует проверить в своем окружном отделении расширения для получения последних исследовательская информация и рекомендации по управлению.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНА
Экономика добычи метана обычно рассматривается
сомнительно даже при нынешних растущих ценах на топливо. Но затраты энергии
и доступность завтра может изменить эту возможность
коренным образом. Следующий пример, хотя и не полный
экономический анализ, должен дать фермеру приблизительное представление о
стоимость образования метана на его ферме.
Пример : Фермер с молочным стадом из 100 коров хочет знать, он может экономически оправдать установку метанового варочного котла. Средний вес коровы 1300 фунтов. Навоз от телят, телок и сухостойных коров не будет доступен для использования в варочном котле.
Наш Ваш
Элементы и расчеты примера значения
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------
А. Определить потенциальный объем добычи газа в сутки. 43,7 куб. футов/
1. Производство газа на 1000 фунтов веса животного (из таблицы 5). = 1000 фунтов. __________
2. Производство газа на одно животное в день.
Сред. вес./ч. х Шаг А.1
(1300 фунтов x 43,7 куб. футов/1000 фунтов) = 56,8 куб. футов/hd __________
3. Суммарная добыча газа за сутки.
Количество животных x Шаг A.2
(100 кубических футов x 56,8 кубических футов/высокое разрешение) = 5680 кубических футов __________
4. Производство метана на 1000 фунтов животного
масса (из табл. 5). = 28,4 куб. футов/ __________
1000 фунтов
5. Производство метана на животное в день.
Сред. вес./ч. х Шаг А.4 = 36,9куб.фут __________
(1300 фунтов x 28,4 кубических футов/1000 фунтов)
6. Общее количество произведенного метана за сутки. = 3690 куб. футов __________
Количество животных x Шаг A.5
(100 HD x 36,9 куб. футов/HD)
B. Определить количество и стоимость произведенной энергии.
1. Энергетическая ценность в сутки. (Предполагается, что 1/4 часть метана должна
быть переработаны для обеспечения тепла для метантенка, энергии
стоимость оставшихся 75% равна 950 БТЕ/куб.фут и галлон
пропана имеет энергетическую ценность 91 700 БТЕ
и стоит 60 центов. )
Энергетическая ценность метана x полезный метан x Этап A.6 2 630 000
(950 БТЕ/куб.фут x 75% x 3690 куб.фут/день) = БТЕ/день __________
2. Пропановый эквивалент произведенного тепла.
Шаг B.1 / БТЕ/гал. пропан
(2,63 млн БТЕ/день / 91 700 БТЕ/галлон) = 28,7 галлона. __________
3. Долларовая стоимость энергии, произведенной за день.
Цена на пропан x Этап B.2
(0,60 доллара США за галлон x 28,7 галлона) = 17,22 доллара США в день __________
4. Долларовая стоимость энергии, произведенной за год.
Дней/год. x Шаг B.3
(365 дней x 17,22 долл. США в день) = 6285,30 долл. США __________
C. Определить объем и размеры бака метантенка
1. Расчетный объем жидкости в метантенке (из таблицы 5)
Объем варочного котла/1000 фунтов массы животного. х вес./ч. х нет. HD.
(20,6 куб. футов/1000 фунтов x 1300 фунтов x 100 hd.) = 2678 куб. футов _________
2. Общий объем метантенка (включая 1/2 суточного хранения)
для добытого газа) в кубических футах.
Шаг C.1 + (1/2 дня x Шаг A.3)
(2678 куб. футов + (1/2 дня x 5680 куб. футов/день)) = 5518 куб. футов _________
3. Общий объем метантенка в галлонах.
галлонов/куб.футов х Шаг 0.2
(7,5 галлона/куб. футов x 5518 куб. футов) = 41 385 галлонов. _________
4. Высота бака. (Для этого примера используйте варочный котел высотой 14 футов.) = 14 футов _________
5. Диаметр круглого резервуара для выбранной высоты.
((Шаг C.2 / Шаг C.4) x 1,27) 1/2
((5518 куб. футов x 14 футов) x 1,27) 1/2 = 24 фута _________
D. Определите стоимость варочного котла, включая изоляцию, нагреватель и смеситель.
1. Стоимость метантенка, включая крышку резервуара и насос. (Предположим стоимость
50 центов за галлон.)
Стоимость/гал. x Шаг C.3
(0,50 долл. США за галлон x 41 385 галлонов) = 20 692 долл. США _________
2. Стоимость изоляции варочного котла на крышке и боковых стенках.
а.Изоляционное покрытие. [Один из способов утепления — построить большую
диаметр бака вокруг варочного котла и изолировать пространство между ними.
Внешний резервуар не обязательно должен быть таким же водонепроницаемым или прочным, как внутренний.
бак. Предположим, что стоимость внешнего бака составляет 1/2 бака варочного котла.)
Шаг D.1 x 1/2
($20,692 х 1/2) = 10 346 долларов _________
б. Площадь поверхности боковой стенки варочного котла.
Шаг C.4 x Шаг C.5 x 3.14
(14 футов x 24 фута x 3,14) = 1055 кв. футов. _________
в. Зона покрытия дигестора.
(Шаг C.5) 2 x 0,79
(24 фута x 24 фута x O,79) = 455 кв. футов. _________
д. Общая площадь поверхности метантенка.
Шаг D.2.b + Шаг D.2.c
(1055 кв. футов + 455 кв. футов) = 1510 кв. футов _________
е. Стоимость изоляции. (Предположим, что 1 доллар США за квадратный фут установленной изоляции.
Поскольку эта стоимость очень изменчива, уточните у местных строителей.
при оценке варочного котла для вашей ситуации.)
Стоимость изоляции/кв.м. x Шаг D.2.d
(1 доллар США/кв. фут x 1510 кв. футов) = 1510 долларов США _________
3. Стоимость водонагревателя.
а. Нагреватель рассчитан на подачу 30 БТЕ в час на кубический фут метантенка.
объем жидкости.
Мощность нагревателя/куб.м. х Шаг 0.1
(30 БТЕ/час/куб.фут x 2678 куб.фут) = 80 340 БТЕ/час. _________
б. Стоимость утеплителя. (1980 цена за обогреватель такого размера
с водопроводом около $1000) = $1000 __________
4. Стоимость смесителя варочного котла.
а. Размер смесителя для перемешивания содержимого варочного котла составляет около
10 процентов твердых веществ (см. Таблицу 1).
Шаг C.1/1000 x проц. твердые вещества х 0,185
(2678 куб. футов/1000 x 10% x 0,185) = 5 л.с. _________
б. Стоимость миксера. (Предположим, что 3-дюймовый мембранный насос и система трубопроводов
рециркуляция содержимого варочного котла стоимостью около 2500 долларов США. ) = 2500 долларов США _________
5. Общая стоимость метантенка.
Этапы D.1 + D.2.a + D.2.e + D.3.b + D.4.b
($20,692 + 10 346 долл. США + 1510 долл. США + 1000 долл. США + 2500 долл. США) = 36 048 долл. США _________
E. Определить стоимость хранения сточных вод метантенка до распространения.
1. Навоз производится за сутки в фунтах (из табл. 1).
Навоз/1000 фунтов живого веса/день x ср. вес./ч. х нет. HD.
(82 фунта/1000 фунтов/день x 1300 фунтов x 100 hd.) = 10 660 фунтов/день _________
2. Навоз производится в день в кубических футах.
Шаг E.1 / фунт/куб. фут.
(10 660 фунтов/день 60 фунтов/куб.фут) = 178 куб.фут/день _________
3. Объем хранилища, необходимый для 180-дневной емкости в кубических футах.
Количество дней x Шаг E.2
(180 дней x 178 куб. футов/день) = 32 040 куб. футов. _________
4. Объем хранилища, необходимый для 180-дневной емкости в галлонах.
галлонов/куб.футов x Шаг E.3
(7,5 галлонов/куб. футов x 32 040 куб. футов) = 240 300 галлонов/ _________
5. Стоимость сборной конструкции хранилища. [Предположим, 15 центов за галлон.)
Стоимость строительства/гал. х Шаг Е.4
(0,15 долл. США за галлон x 240 300 галлонов) = 36 045 долл. США _________
6. Стоимость земляного хранилища. (Предположим, 5 центов за кубический фут.)
Стоимость строительства/гал. x Шаг E.3
(0,05 долл. США/куб. фут x 32 040 куб. футов) = 1602 долл. США __________
Примечание. Сомнительно, стоит ли стоимость навозохранилища
следует загружать в варочный котел, так как многие молочные фермы уже имеют
один или потребуется один независимо от того, используется ли варочный котел.
F. Определить стоимость установки хранения газа.
Также необходимо построить газохранилище, иначе
разработано использование, при котором газ потребляется с той скоростью, с которой он производится.
Для этого примера предположим, что хранение газа не требуется. = 0 __________
G. Определить общую стоимость данной системы производства метана.
1. Общая стоимость со сборным хранилищем.
Шаг D.5 + Шаг E.5
(36 048 долл. США + 36 045 долл. США) = 72,09 долл. США3 ___________
2. Общая стоимость с земляным хранилищем.
Шаг D.5 + Шаг E.6
(36 048 долл. США + 1602 долл. США) = 37 650 долл. США ___________
З. Определить экономическую целесообразность. [Долларовая стоимость произведенного метана
на шаге B.4 можно использовать для определения периода окупаемости. Таблица 7 также
помогает определить, сколько капитала может быть оправдано для варочного котла
строительство.)
1. Капитальные вложения на душу населения, которые могут окупиться за 7 лет.
[из Таблицы 7 при процентной ставке 15 процентов и 60 центах за
галлон энергетической ценности]. = 285 долларов США/час ___________
2. Сумма безубыточных инвестиций.
Шаг H.1 x нет. HD.
(285 долл. США/х 100 долл. США) = 28 500 долл. США ___________
-------------------------------------------------- ------------------------------------------------
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕРА
В лучших условиях работы варочного котла при 15 процентах проценты, точка безубыточности строительства земляного холдинга карьер (37 650 долларов США) не будет достигнут менее чем за 7 лет на основе таблицы 7. Текущие налоговые льготы и правительственные демонстрационные гранты могут несколько сократить срок окупаемости.
Таблица 7. Максимальные первоначальные инвестиции на душу населения в анаэробном биореакторе с 7-летней окупаемостью при различной стоимости пропанового эквивалента и Процентные ставки на молочные продукты, говядину и свинину.*
Инвестиции на душу населения по цене пропанового эквивалента
и процентная ставка-
-------------------------------------------------- -
$ 0,60 / гал. $ 0,90 / гал. 1,20 доллара США за галлон.
--------- -------- --------
Виды 10% 15% 10% 15% 10% 15%
-------------------------------------------------- ------------------
Молочные продукты 330 долларов США 285 долларов США 49 долларов США5 427 долларов 660 долларов 570 долларов
Говядина 184 161 276 242 368 222
Свиньи 26 21 38 32 52 42
-------------------------------------------------- ------------------
* Цена инвестиции основана на 7-летнем сроке окупаемости с 4 процентами
первоначальных инвестиций, направленных на ремонт, страхование и
налоги. В них не входит ни прибыль, ни отдача от труда.
цифры, а также не рассматриваются какие-либо налоговые льготы. Действующее налоговое законодательство
в состоянии непрерывного изменения. В настоящее время, если метан используется в хозяйстве,
применяется только инвестиционный налоговый кредит, в то время как метантенки, производящие газ
для продажи вне фермы может получить инвестиционный налоговый кредит, а также $ 3 за
Продано 5,8 млн БТЕ.
Можно также возразить, что меньше газа должно отводиться на тепло во время работы. теплые месяцы. Но это несколько компенсируется тем, что наши оценки добычи газа основаны на идеальных условиях, и что все затраты на оплату труда и прибыль игнорировались. Поэтому представляется неэкономично строить варочный котел в нашем примере. (Метан поколение будет более привлекательным для крупного животноводства единицы, которые имеют потенциал для значительной «экономии масштаба» экономия.)
Таблица 7 была подготовлена, чтобы помочь вам рассмотреть влияние изменение процентных ставок и цен на топливо. В этой таблице представлены максимальные первоначальные инвестиции, которые можно было бы сделать, если бы вы рассчитывали заплатить для варочного котла за 7 лет.
Промоутеры коммерческих анаэробных дигесторов иногда добавляют
другие экономические выгоды, чтобы сбалансировать более крупные инвестиции. Один
Примером является присвоение переваренному илу значения либо в качестве корма, либо в качестве
удобрение. Сообщается, что кормовая ценность шлама достигает
100 долларов США за тонну высушенных твердых веществ варочного котла (19цена 80). Некоторые сторонники
утверждают, что кормовая ценность в десять раз выше, чем
стоимость добытого газа. Однако в настоящее время немногие фермеры в Индиане
хотят или могут скармливать стоки метантенка своему домашнему скоту.
Другой метод заключается в том, чтобы зачислить удобрение в метантенк. стоимость отходов животноводства. Стоимость этого удобрения составляет около 1 цента. за галлон сточных вод варочного котла (цена 1980 г.), что составляет 1,5 раз превышает топливную ценность метана. Однако следует отметить, что значение удобрения будет присутствовать, даже если отходы не будут переданы через варочный котел, что делает этот кредит довольно сомнительным.
Кроме того, все варочные котлы требуют определенного управления и рабочей силы для контролировать процесс. Успешная работа для типичного фермерского хозяйства дигестору потребуется минимум 1-2 часа в день для мониторинга, погрузка, разгрузка и выполнение общего обслуживания некоторых систем даже больше!
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАНА
Несколько частных организаций и частных лиц написали о
принцип и практика получения метана. Следующий список
должно быть полезно для тех, кто хочет получить больше информации.
1. Рам Букс Сингх, «Биогазовая установка, производящая метан из органических Отходы». 70 страниц. Доступно за 6 долларов в Gobar Gas Research. Станция, Аджитмал (Этава), Верхний Прадеш, Индия.
2. Лес Ауэрбах, Уильям Олковски и Бен Кац, «Руководство по домашнему Генерация метана.» Можно приобрести за 5 долларов в Les Auerbach, 242 Copse. Роуд, Мэдисон, Коннектикут 06442.
3. «Управление отходами животноводства с контролем загрязнения». МВПС-19. Северо-центральная региональная исследовательская публикация 222. Июнь, 1975. Служба планирования Среднего Запада, Департамент сельскохозяйственной инженерии, Университет штата Айова, Эймс, IA 50011, относительно доступности и Стоимость.
4. Р. Дуглас Крайс. «Извлечение побочных продуктов из отходов животноводства». А
Обзор литературы, EPA-600/2-79-142, август 1979 г., National Technical
Информационная служба, Спрингфилд, Вирджиния 22161.
Подтверждение
Авторы выражают признательность Дэвиду Х. Бачу и Джордж Ф. Патрик из Департамента экономики сельского хозяйства Purdue университета на их рассмотрение и предложения по экономическим аспектам это издание.
Новый 9/80
Совместная работа по распространению знаний в области сельского хозяйства и домашнего хозяйства, штат Индиана, Университет Пердью и Сотрудничество Министерства сельского хозяйства США; ХА. Уодсворт, директор West Lafayette. В. Выдается в в поддержку актов от 8 мая и 30 июня 1914 г. Кооперативная служба распространения знаний Университета Пердью является институт равных возможностей/равного доступа.
Производство метана из навоза
Чарльз Д. Фулхейдж, Деннис Сиверс и Джеймс Р. Фишер
Департамент сельскохозяйственной инженерии
На первый взгляд, идея получения газообразного метана имеет значительные преимущества, поскольку она предлагает хотя бы частичное решение двух насущных проблем: экологический кризис и нехватка энергии. К сожалению, современная крупномасштабная генерация метана требует достаточно больших финансовых и управленческих вложений, что значительно снижает практичность идеи. Это руководство предназначено для предоставления количественной информации, чтобы можно было оценить возможность производства метана в данной ситуации.
Анаэробный процесс
Навоз домашнего скота содержит часть летучих (органических) твердых веществ, которые представляют собой жиры, углеводы, белки и другие питательные вещества, доступные в качестве пищи и энергии для роста и размножения анаэробных бактерий.
Процесс анаэробного сбраживания происходит в два этапа. Летучие твердые вещества в навозе первоначально расщепляются до ряда жирных кислот. Эта стадия называется кислотообразующей стадией и осуществляется особой группой бактерий, называемых кислотообразующими. На втором этапе узкоспециализированная группа бактерий, называемых метанообразователями, превращает кислоты в газообразный метан и углекислый газ.
Анаэробный процесс зависит от метанообразователей, поскольку они более чувствительны к окружающей среде, чем кислотообразователи. Метановые бактерии являются строгими анаэробами и не переносят кислород в окружающей среде. Лучше всего они работают при температуре 95 градусов по Фаренгейту; поэтому для получения максимальной производительности газа в метантенк обычно необходимо добавлять тепло.
Метановые бактерии растут медленнее, чем кислотообразующие бактерии, и чрезвычайно чувствительны к pH (оптимальное значение pH 6,8-7,4). Кислотообразователи будут быстро расти, если в варочный котел подавать избыток органического материала, производя избыток летучих кислот. Накопившиеся кислоты снижают pH, подавляя рост метановых бактерий и прекращая газообразование. Чтобы защитить систему от повышения кислотности, необходимо поддерживать высокую щелочность. Известь добавлялась в метантенки во время запуска или в периоды загрузки пробками для поддержания контроля pH.
Различные материалы могут стать токсичными для анаэробных бактерий — соли, тяжелые металлы, аммиак и антибиотики. Бактерии требуют минимального количества солей для оптимального роста. Однако, если соли накапливаются сверх потребностей бактерий, они могут стать токсичными и препятствовать пищеварению.
Растворимые тяжелые металлы (медь, цинк, никель) могут быть токсичными для пищеварительных бактерий. Большинство тяжелых металлов можно осадить с помощью сульфидов, и это не вызовет проблем в осадке. Корма для скота, содержащие значительное количество тяжелых металлов, могут потребовать особого внимания.
Большая часть навоза домашнего скота (особенно свиного и птичьего) содержит значительное количество азота, который в ферментере преобразуется в аммиак. Большая часть аммиака будет накапливаться в материале варочного котла и станет токсичным, если его не контролировать. Токсичность аммиака является серьезной проблемой при анаэробном сбраживании навоза домашнего скота. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо тщательно контролировать скорость загрузки.
Потенциал производства метана
Непосредственным и очевидным преимуществом производства метана является энергетическая ценность самого газа. Следовательно, наиболее часто задаваемый вопрос о процессе: «Сколько газа я получу?» Ответ на этот вопрос зависит от нескольких факторов, определяющих эффективность операции.
В анаэробном процессе образуется определенное количество газа на фунт летучих твердых веществ, расщепленных или разрушенных бактериями. Это называется «выходом газа». Средние значения приведены для различных видов животных в таблице 1. Во время переваривания только часть летучих твердых веществ, содержащихся в сыром навозе, расщепляется или уничтожается бактериями. Средние проценты распада летучих твердых веществ для различных видов животных также приведены в таблице 1.
Таблица 1
Потенциальное выделение газа из свиного, молочного, птичьего и мясного навоза (68 градусов по Фаренгейту, атмосферное давление) bird)
7 Поскольку около 12 кубических футов газа на фунт летучих твердых веществ производится бактериями, свинья весом 150 фунтов может производить около 4,1 кубических футов газа в день. Эти данные также приведены в таблице 1 для каждого вида. Газ, полученный при анаэробном сбраживании отходов животноводства, представляет собой смесь двуокиси углерода и метана со следовыми количествами сероводорода и газообразного водорода. Как правило, смесь состоит примерно из 60 процентов метана и 40 процентов двуокиси углерода, независимо от типа отходов. Чистый метан имеет теплотворную способность около 1000 БТЕ на кубический фут, поэтому мы можем ожидать, что смесь метана и диоксида углерода будет иметь теплотворную способность около 600 БТЕ на кубический фут. Данные о теплотворной способности различных видов в расчете «в час» приведены в таблице 1. Обычно около одной трети энергии навозного газа требуется для поддержания необходимой теплоты сгорания.Температура в котле 5 градусов по Фаренгейту. Следовательно, энергия, доступная для других целей, составляет две трети всей производимой энергии. Эти значения перечислены в последней строке Таблицы 1.
Чтобы иметь смысл, эти значения тепла необходимо сравнить с некоторыми типичными потребностями в тепле, которые логически могут использовать газ в качестве источника энергии. В Таблице 2 перечислены типичные потребности ферм в тепле, которые могли бы использовать газообразный навоз в качестве источника энергии, а также количество различных животных, необходимых для производства энергии с требуемой скоростью. Очевидно, что наилучшими возможностями использования навозного газа являются различные потребности в отоплении, связанные с домом.
Таблица 2
Сравнение некоторых типичных потребностей ферм в тепле и количества животных, необходимого для удовлетворения этих потребностей (1,200 pounds)
0339 5 2 Предполагается, что оно будет работать 4 часа в день, среднее значение за 24 часа = 7 500 БТЕ в час
3 При условии работы 12 часов в день, среднее значение за 24 часа = 1500 БТЕ в час Средняя за 24 часа = 1 миллион БТЕ в час
6 Предполагается, что она будет работать 12 часов в день, средняя за 24 часа = 318 500 БТЕ в час необходимого количества животных. Следует отметить, что потребность большинства хозяйств в тепле носит сезонный характер и существует проблема оптимального использования газа в межсезонье.
Хранение газа является одной из возможностей и будет обсуждаться позже.Данные, представленные в таблицах 1 и 2, полностью получены в результате лабораторных экспериментов. Во многих случаях происходит значительная потеря эффективности, когда такая операция проводится в крупномасштабной полевой ситуации. Например, при расчете потенциального газообразования на одно животное предполагалось, что все летучие твердые вещества, выделяемые животным, попадают в варочный котел. В практической ситуации часть летучих твердых веществ, вероятно, будет потеряна по пути в автоклав. Возможно, более значительными потерями будет расщепление части летучих твердых веществ в период между выделением и введением в варочный котел. Такие потери указывают на необходимость эффективной системы обращения с навозом, которая непрерывно подает навоз в метантенк. Возможно, что значения добычи газа, указанные в Таблице 1, могут быть снижены на целых 50 процентов, в зависимости от эффективности системы.
Конструкция и оборудование
Расчетный объем анаэробного варочного котла определяется в зависимости от количества летучих твердых веществ, которые необходимо обрабатывать ежедневно, и периода времени, в течение которого материал остается в варочном котле (время задержания). Скорость загрузки обычно выражается в фунтах летучих твердых веществ (#VS) на кубический фут объема варочного котла. Нормы загрузки и время содержания для разного скота представлены в Таблице 3. Нормы загрузки, указанные в Таблице 3, предназначены для поддержания необходимого бактериального баланса и предотвращения токсичности аммиака.
Таблица 3
Скорость загрузки, время выдержки и объем варочного котла для свиней, молочных продуктов, птицы и говядины
Рисунок 1
и требует значительных вложений.
Первичная конструкция состоит из бака для разложения, обычно цилиндрической формы, что способствует лучшему перемешиванию. Большинство резервуаров построены из бетона и должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать вес и давление содержащейся в них жидкости. Дно обычно имеет конусообразную форму для облегчения удаления шлама. Верх может быть фиксированным или плавающим. Плавающий верх обеспечивает расширяемое хранилище газа с контролем давления, но стоит дороже и им сложнее управлять. Независимо от формы резервуара или используемой крышки конструкция должна быть герметичной. Газообразный метан при смешивании с кислородом очень взрывоопасен. Большинство резервуаров устанавливаются, по крайней мере, частично ниже уровня земли. Это помогает поддерживать структуру и обеспечивает некоторую изоляцию. Часть резервуара над землей, возможно, придется изолировать, чтобы свести к минимуму потери тепла.
Смешивание способствует пищеварению за счет постоянного контакта бактерий с отходами и более равномерного распределения тепла. Смешивание можно осуществить с помощью:
- Рециркуляции газа, собранного в верхней части резервуара
- Механических смесителей. Рециркуляция газа лучше справляется со смешиванием, но стоимость оборудования выше.
Тепло может быть добавлено за счет циркуляции материала варочного котла через внешний теплообменник, как показано на рис. 1, или путем прокачки нагретой воды через змеевик теплообменника внутри варочного котла (не показан). Внешние теплообменники трудно использовать из-за коррозионной природы варочной жидкости. Требуемые специальные неагрессивные материалы дороги, и обычно используется подход с подогревом воды.
Перекачивание содержимого варочного котла и удаление шлама потребует использования специальных насосов для перекачки твердых частиц (шлама). Все трубопроводы должны быть достаточного размера, чтобы предотвратить засорение.
Для использования метана в качестве источника энергии требуется определенное оборудование для сбора газа и регулирования давления, включая необходимые предохранительные устройства для предотвращения взрывов.
Управление автоклавом
Автоклав должен регулярно загружаться навозом, чтобы обеспечить непрерывную поставку пищи для анаэробных бактерий. Сбор навоза из животноводческих помещений и подача в метантенк должны производиться не реже одного раза в день. Периодическое или порционное внесение навоза может привести к накоплению кислоты, нарушению бактериального баланса и уменьшению газообразования. После разрушения бактериальных популяций может потребоваться несколько месяцев для их стабилизации.
Навозная жижа с надлежащим содержанием твердых частиц необходима для поддержания правильной скорости загрузки и времени выдержки, а также для облегчения перемешивания и перекачивания. Нормы загрузки, указанные в Таблице 3, приводят к содержанию твердых частиц от 2 до 10 процентов в исходном материале. В зависимости от животноводческого предприятия и системы сбора навоза в систему обращения с навозом должен быть включен какой-либо метод разбавления и смешивания сырого навоза.
Устойчивая работа анаэробного варочного котла в значительной степени зависит от надлежащего управления химической и физической средой внутри варочного котла. Содержимое варочного котла следует контролировать через регулярные промежутки времени. Лучшими индикаторами дисбаланса варочного котла являются:
- Уменьшение образования газа
- Уменьшение pH
- Уменьшение соотношения метан/диоксид углерода
- Увеличение содержания летучих кислот.
Дисбаланс в системе может быть вызван изменением температуры, скорости загрузки или характера отходов. Добавление токсичных материалов, таких как антибиотики, также может вызвать дисбаланс.
При обнаружении несбалансированного состояния поддерживайте контроль pH до тех пор, пока не будет обнаружена причина нарушения. Уровень pH можно контролировать, уменьшая подачу в варочный котел и/или добавляя известь. Если подача будет уменьшена, поток отходов с производственных объектов придется перерабатывать альтернативным способом.
Управление метановым газом
Даже при нехватке энергии существуют проблемы с оптимальным обращением или использованием газа, образующегося из навоза. По сути, можно сделать две вещи: хранить газ по мере его производства или сжигать газ по мере его производства для удовлетворения некоторой потребности в энергии. В действительности практическая система будет включать комбинацию этих двух, но в целях обсуждения мы рассмотрим их по отдельности.
Метан, в отличие от пропана, не сжижается при разумных давлениях и температурах. В то время как пропан может сжижаться при давлении от 130 до 250 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды, метан не сжижается ни при каком давлении, если температура выше -116 градусов по Фаренгейту. Топливо имеет наибольшую теплотворную способность на единицу объема в жидком виде. Метан имеет относительно низкую теплотворную способность на единицу объема, потому что он не сжижается при нормальном давлении в хранилище и температуре окружающей среды.
Например, предположим, что мы хотим хранить накопленный за два месяца газ от установки по производству метана свиней на 500 голов. Из таблицы 1 мы видим, что это составляет 70 БТЕ в час. х 720 часов в месяц х 2 месяца = 100 800 БТЕ на свинью. По цене 600 британских тепловых единиц за кубический фут. это составляет 168 кубических футов на свинью или 84 000 кубических футов на 500 свиней. Если метан сжимается под давлением 5500 фунтов на квадратный дюйм, потребуется резервуар для хранения объемом 224 кубических фута диаметром 3 фута и длиной 32 фута.
Для сравнения, равное количество БТЕ (энергии) содержится в 548 галлонах пропана. Для этого потребуется резервуар диаметром всего 3 фута и длиной 10 футов при давлении (от 130 до 250 фунтов на квадратный дюйм), намного меньшем, чем у метана. Другим важным фактором является прочность стенок резервуара, в котором хранится газ при очень высоком давлении. Для давления более 1000 фунтов на квадратный дюйм резервуары для хранения диаметром более фута или около того должны иметь дополнительную толщину стенок, что делает такое хранение непрактичным.
Из-за относительно низкой теплотворной способности метана (по сравнению с пропаном и другими жидкими видами топлива) и сложности его сжижения при разумном давлении метан нецелесообразно хранить в больших количествах. Следовательно, большинство приложений для хранения, вероятно, будут связаны только с кратковременным накоплением метана.
Другой очевидной альтернативой хранению метана является его использование по мере его образования. Самый простой способ добиться этого — сжигать газ, вытекающий из метантенка. Очевидно, что это неэффективное использование газа, если пламя не используется для удовлетворения потребности в тепле. Наиболее часто предлагаемое использование — отопление дома газом метаном.
Из Таблицы 2 обратите внимание, что для обогрева дома площадью 1500 квадратных футов потребуется 535 свиней, и почти 800 свиней потребуется для отопления, нагрева воды, кухонной плиты и охлаждения типичного дома. Это показывает, что метан можно использовать в некоторой степени для удовлетворения энергетических потребностей домохозяйства. Однако такой спрос носит сезонный характер, и использование газа в межсезонье остается проблемой. По уже упомянутым причинам хранение межсезонного (летнего) газа до зимы, вероятно, нецелесообразно.
Энергопотребление зерносушилок и тракторов настолько велико, что использование метана нецелесообразно. Из-за относительно низкой теплотворной способности метана для удовлетворения таких потребностей требуются огромные объемы. Большинство животноводческих предприятий просто не имеют достаточного количества животных для удовлетворения этих потребностей.
Часто предлагаемая альтернатива для решения сезонных проблем потребности в тепловой энергии включает сжигание метана в двигателе внутреннего сгорания. Двигатель, в свою очередь, приводит в действие генератор переменного тока, который питает электрическую систему фермы. При наличии надлежащего регулирующего и управляющего оборудования эта мощность может быть использована с максимальной доступностью, и в то же время потребность в электроэнергии поставщика электроэнергии будет пропорционально снижена. Однако в такой схеме происходят значительные потери энергии при преобразовании энергии из газовой формы в электрическую. Двигатели внутреннего сгорания имеют КПД около 25 процентов, а генераторы — около 85 процентов.
Рассмотрим, например, производственное предприятие на 500 свиней, производящее около 103 БТЕ на свинью в час (Таблица 1). В этом примере мы используем более высокую производительность БТЕ (103, а не 70), потому что избыточное тепло от охлаждающей жидкости двигателя может быть использовано для нагрева автоклава. Для 500 свиней, производящих энергию в размере 103 БТЕ в час, мы получаем общее производство энергии 51 500 БТЕ в час. Если бы мы могли преобразовать эту энергию непосредственно в электричество со 100-процентной эффективностью, у нас было бы около 15 киловатт мощности, или около 15 лошадиных сил. Однако, поскольку наша общая эффективность составляет всего 0,25 x 0,85 = 0,21, мы будем реализовывать только 51 500 БТЕ в час. x 0,21 = 10 815 БТЕ в час. или около 3,2 киловатта электрической мощности от первоначального эквивалента 15 киловатт. Следовательно, преимущества, которые предлагает эта система в устранении сезонных потребностей в энергии, могут быть компенсированы большой потерей эффективности при преобразовании энергии из газа в электричество.
Эффективное управление и использование метанового газа по-прежнему будет проблемой. Необходимы исследования для изучения более эффективных методов преобразования энергии и методов концентрации энергии в газообразном метане для устранения проблем с хранением.
Автоклавы как компоненты управления отходами
Вышеприведенное обсуждение касалось энергетических аспектов анаэробного дигерирования. Диспергатор также будет неотъемлемой частью системы обращения с отходами. Преимущества и недостатки следует рассматривать с точки зрения обращения с отходами.
Основным преимуществом анаэробного ферментера является его способность практически полностью стабилизировать сырой навоз. В результате стоки из правильно работающего метантенка относительно не имеют запаха, и проблемы с запахом, обычно связанные с производственными установками и операциями по удалению, могут быть уменьшены.
Еще одним преимуществом анаэробного сбраживания является почти полное сохранение питательных веществ (N, P, K), которые содержались в сыром навозе. Потери питательных веществ могут происходить при последующей обработке сточных вод. Это преимущество может стать более значительным в будущем, если нехватка удобрений станет более острой.
Еще одним преимуществом анаэробного метантенка является его способность стабилизировать больше отходов на единицу объема, чем другие очистные сооружения, такие как лагуны. Это преимущество в большинстве случаев компенсируется тем фактом, что лагуна, вероятно, потребуется для хранения стоков метантенка до тех пор, пока их можно будет использовать для орошения или иным образом распределить по земле.
Отсюда следует, что автоклав сам по себе не является полноценным инструментом утилизации. Объем жидких стоков из варочного котла равен объему жидких отходов, поступающих в варочный котел. Следовательно, из-за действия метантенка не происходит уменьшения объема жидких отходов, подлежащих обработке. Варочный котел уменьшает количество обрабатываемых твердых частиц и обеспечивает обработку без запаха.
Сточные воды метантенка не подходят для сброса в реки. Обычно существуют менее дорогие системы, которые соответствуют нормам загрязнения, установленным Комиссией по чистой воде штата Миссури.
Резюме
Некоторое количество энергии можно извлечь из навоза путем анаэробного сбраживания. Но это, вероятно, будет составлять лишь небольшую часть общих энергетических потребностей типичной фермы. Высокие финансовые и управленческие вложения наряду с трудностями эффективного использования метана делают анаэробное сбраживание сомнительным предприятием для большинства фермеров.
Если нехватка энергии и удобрений станет более острой, а нормы загрязнения, касающиеся запаха, станут более строгими, образование метана может стать возможным процессом в системах управления отходами. Необходимы исследования для снижения капитальных затрат на системы производства метана и разработки методов надлежащего управления такими системами.
Перейти к основному содержанию
Перейти к основному содержанию
Из навоза в энергию: понимание процессов, принципов и жаргона
Опубликовано от zongliu
Рисунок 1: Будущее сельского хозяйства: поставка пищевых волокон и биотоплива.
Сегодня в центре внимания США находится растущий мировой спрос на энергию и высокая стоимость нефти и природного газа. Это повысило интерес к альтернативным и возобновляемым источникам энергии, таким как биотопливо, леса, ветер, солнце и навоз животных.
В то время как спрос на углеводородную энергию (энергию из сырой нефти, природного газа и угля) будет продолжать расти, в ближайшие годы все большее значение будут приобретать возобновляемые источники энергии.
В данной публикации следующий рисунок используется в качестве простой иллюстрации потенциальных источников энергии из биомассы, включая деревья, сельскохозяйственные культуры, навоз животных и твердые бытовые отходы. Биомасса будет собираться в полевых условиях, предварительно обрабатываться и транспортироваться на биоперерабатывающие заводы для обработки и переработки. Затем он будет преобразован в биотопливо для транспорта, промышленных химикатов или электростанций для производства электроэнергии для общественного потребления.
На низовом уровне предпринимаются усилия американских фермеров, бизнесменов и лидеров профсоюзов, а также природоохранных групп, чтобы к 2025 году получать 25 процентов от общего объема энергии, потребляемой с пахотных земель, лесов и ферм США. Это движение, которое называется 25 X 25 , включает операции по кормлению животных. Он получает широкую частную и общественную поддержку.
Энергия от корма до навоза
Навоз, содержащий непереваренные и частично переваренные пищевые питательные вещества, является ресурсом, который способствует росту растений и добавляет органические вещества для улучшения структуры почвы. Питательные вещества в кормах для животных, которые являются источниками энергии, включают углеводы, состоящие из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), например, из фуража и зерновых культур. Другими питательными веществами являются белки (в форме аминокислот) и жиры (или липиды), состоящие в основном из C, H, O, а также фосфора (P) и азота (N).
Энергетическая ценность корма для животных выражается в калориях. Одна калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на 1 градус Цельсия (°C) по сравнению со стандартной начальной температурой и давлением на уровне моря. Не вся энергия корма используется животным.
Энергия корма может быть разделена на чистую энергию и потерянную энергию. Потери энергии в процессе пищеварения включают потерю энергии с навозом (фекалиями и мочой), с газами, образующимися при брожении в желудочно-кишечном (пищеварительном) тракте животных и с теплом. Несколько процессов могут преобразовать энергию навоза в пригодную для использования биоэнергию.
Важные свойства навоза при преобразовании в энергию
Помимо процессов и принципов преобразования навоза и биомассы в энергию, ознакомление со следующими терминами поможет потребителям понять научный жаргон производства биоэнергии:
- Высокая и низкая теплота сгорания. Высокая теплотворная способность (ВТС), мера энергии биомассы (БТЕ на массу или объем навоза и т. д.) возникает в результате сжигания образцов с использованием калориметра. Эти значения также могут быть рассчитаны по формулам с использованием конечного анализа биомассы. Низкая теплотворная способность (НТС) — это поправка к ВТС за счет влаги в топливе (биомасса) или водяного пара, образующегося при сгорании водорода в топливе.
- Экспресс-анализ. Экспресс-анализ является хорошим начальным индикатором качества биомассы (навоза). Образцы биомассы анализируются для определения содержания влаги, золы и летучих веществ (твердое вещество в биомассе, которое при нагревании до определенной температуры превращается непосредственно в газообразную фазу, минуя жидкую фазу). Экспресс-анализ также определяет связанный углерод, который рассчитывается путем вычитания влаги, золы и летучих веществ из общей биомассы.
- Окончательный анализ. Окончательный анализ показывает процент C, H, O, S и N в биомассе. Значения этих элементов могут различаться в зависимости от типа навоза или других типов биомассы. Окончательный анализ может определить теплотворную способность топлива из биомассы. Количество S и N в биомассе, в том числе в навозе, помогает определить параметры конструкции и рабочих параметров системы производства биоэнергии с помощью различных термохимических процессов.
Теплотворная способность навоза в пересчете на сухую беззольную основу (DAF) оценивается в 8 500 БТЕ/фунт согласно обширным полевым исследованиям, проведенным Техасской сельскохозяйственной экспериментальной станцией и Техасским кооперативным расширением. Когда навоз должен быть преобразован в энергию, эта теплотворная способность считается входной энергией в процессе преобразования. Для получения полезной энергии и топлива навоз может быть преобразован под действием микроорганизмов для производства метана (биологический процесс) или под действием тепла при высокой температуре в присутствии воздуха или окислителя или без него (термохимический процесс). .
Биологический процесс
Производство метана — это биологический процесс, при котором энергия вырабатывается из навоза животных. Процесс, который называется анаэробным сбраживанием, представляет собой обработку навоза естественными микроорганизмами (бактериями) в отсутствие воздуха (особенно кислорода) для получения биогаза.
Биогаз, который образуется в результате разложения органических веществ в навозе бактериями, содержит в основном метан (CH 4 ) и двуокись углерода (CO 2 ). Другие газы, такие как азот (N 2 ), сероводород (H 2 S) и следовые органические компоненты также присутствуют в относительно небольших количествах. Обычно 60-65 процентов биогаза составляют CH 4 . Метан и CO 2 составляют более 90% биогаза. Практически весь азот, фосфор (P) и калий (K) остаются в переваренном навозе.
Метан, полученный в результате анаэробного сбраживания и используемый в качестве источника энергии, также снижает его естественные выбросы, которые имеют гораздо больший потенциал глобального потепления, чем CO 2 . Теплотворная способность (энергия, выделяемая из данной массы топлива из биогаза, содержащего 65 процентов CH 4 ) составляет приблизительно 600 БТЕ/фут 3 .
Британская тепловая единица (БТЕ) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта (°F). В одной БТЕ 252 калории. Для сравнения, 1000 футов 3 биогаза с 65% CH 4 будут приблизительно эквивалентны 600 футам 3 природного газа, 6,6 галлона пропана и 4,7 галлона бензина.
Информацию о типах биогазовых установок и их функциях можно найти на веб-сайте Агентства по охране окружающей среды США по адресу www.epa.gov/agstar.
Термохимический процесс
Термохимические процессы включают прямое сжигание, совместное сжигание, газификацию и пиролиз. Прямое сжигание относится к сжиганию биомассы непосредственно в печи для производства тепла и электричества. Пар, полученный от тепла сгорания, приводит в действие турбину, которая вращает генератор для производства электроэнергии. Навоз как топливо потенциально может быть сожжен напрямую. Однако, поскольку содержание золы в нем (неорганические остатки, такие как почва или другой неорганический материал, который остается после сгорания) выше, чем в другой биомассе (например, древесине и соломе) или ископаемом топливе (например, угле), прямое сжигание навоза нецелесообразно. не практично и не эффективно.
Из-за изменчивости навоза часто желательно смешивать его с другими менее изменчивыми видами топлива для сжигания. Одним из способов сделать это является совместное сжигание , которое относится к смешиванию биомассы и ископаемого топлива на обычных электростанциях. Значительное сокращение выбросов диоксида серы (SO 2 ) — загрязнителя воздуха, выделяемого при сжигании угля) — достигается с помощью систем совместного сжигания на электростанциях, использующих уголь в качестве входного топлива.
Мелкомасштабные исследования Техасского университета A&M показывают, что совместное сжигание навоза с углем может также сократить выбросы оксида азота (NOx) из угля, которые способствуют загрязнению воздуха. Это зависит от того, впрыскивается ли навоз в надлежащее место, например, во вторичную камеру сгорания. Там он служит дополнительным или дожигание топлива и органического источника мочевины и аммиака (NH 3 ). При совместном сжигании навоза и угля NH 3 высвобождается из навоза и соединяется с NOx с образованием безвредного азота и воды.
Газификация представляет собой процесс, посредством которого углеродсодержащее топливо (любое ископаемое топливо или биомасса, состоящее из/или содержащее углерод) превращается в пригодный для использования газообразный продукт без полного сгорания топлива. Процесс происходит в среде с дефицитом кислорода (частичное окисление) при высоких температурах (рис. 2). Полученное топливо представляет собой генераторный газ (синтез-газ или синтетический газ), который состоит в основном из различных соотношений водорода и монооксида углерода (CO).
Рис. 2: Процесс газификации биомассы
Синтез-газ можно дополнительно перерабатывать в другие виды топлива или продукты путем химической конверсии или сжигать для нагревания обычного котла. Кроме того, он может заменить природный газ в газовой турбине.
Пиролиз – это процесс термохимической конверсии, при котором биомасса нагревается при высоких температурах при полном отсутствии окислителя (кислорода). Продукты для этого процесса включают горючий газ, жидкие конденсаты и древесный уголь. Жидкая часть называется пиролизным маслом, которое можно сжигать для выработки электроэнергии. Его также можно использовать в качестве химической добавки для производства пластмасс и других биопродуктов.
Системы преобразования навоза в энергию
Существуют возможности для установки на месте или на ферме системы преобразования навоза в энергию . На объекте могут быть установлены небольшие и модульные конверсионные блоки, чтобы устранить проблемы, связанные с вывозом навоза за пределы площадки. Операторы животноводческих помещений могут построить эти системы для обработки и преобразования части своих потоков отходов и для производства вспомогательной энергии и электроэнергии, включая биотопливо для использования на фермах. По мере того, как операторы учатся работать с этими системами, они могут добавлять дополнительные устройства и увеличивать объем обрабатываемого потока отходов. Это обеспечило бы им полностью замкнутую систему обращения с отходами.
Примером может служить модульная система анаэробного сбраживания. Он направляет часть потока навоза в крытую лагуну, которая действует как анаэробный метантенк. Образовавшийся метан можно очистить и использовать для питания небольшого двигателя-генератора для выработки электроэнергии. Это удовлетворит часть их потребности в энергии.
Осадок, образующийся в варочном котле после процесса варки, можно использовать для запуска местной системы газификации. Энергия этой системы может быть использована для получения тепловой энергии, необходимой для сушки осадка, предварительно отделенного от водяного потока.
В зависимости от потребностей и возможностей установки может быть установлено несколько модулей комбинации метантенка-газификатора. По мере того, как исследовательское сообщество создает новые технологии для высокотехнологичных систем производства жидкого топлива, операторы и менеджеры этих комбинированных систем уже будут иметь некоторый опыт их эксплуатации для производства тепла и электроэнергии в хозяйствах. В то же время они сократят потенциал загрязнения отходами животноводства.
Сопутствующие продукты и остатки
Практически все процессы биоконверсии приводят к остаткам, которые могут не иметь непосредственной ценности. Например, большинство, если не все, питательных веществ для растений останутся после биоконверсии или термохимической конверсии. Однако эти питательные вещества могут быть в форме, отличной от той, которая обычно содержится в исходном биоэнергетическом сырье.
Будущие задачи будут связаны с поиском процессов, способов использования и рынков для этих сопутствующих продуктов. Возможности могут включать корма для животных, удобрения, почвенные кондиционеры, строительные материалы или химическую экстракцию.
Оригинальная статья Сакиба Мухтара и Серджио Капареды.
Произведено сельскохозяйственными коммуникациями Техасского университета A&M. Публикации расширения
можно найти в Интернете по адресу: http://tcebookstore. org.
У Америки проблема с навозом, и рекламируемое чудодейственное решение — это еще не все, чем кажется | Фермерство
Трудно говорить о мясном, молочном или яичном хозяйстве, не упомянув о какашках.
Навоз играет большую роль на американских агропромышленных фермах, и если с ним не обращаться должным образом, он может быстро превратиться в большую проблему. Каждый год в США животноводство производит от 1,27 до 1,37 млрд тонн отходов, или где-то от 3 до 20 раз больше навоза, чем люди производят в США.
Отчасти поэтому устройства, которые собирают навоз и превращают его в источник энергии, завоевывают популярность как способ управления отходами и сокращения выбросов метана на фермах. Все эти отходы должны куда-то деваться, и многие из существующих вариантов не очень хороши ни для нас, ни для окружающей среды. Навоз от животноводства является основным источником загрязнения азотом и фосфором водных путей США, что делает воду непригодной для питья и вызывает цветение водорослей, убивающих диких животных. Навоз также является значительным источником выбросов парниковых газов на животноводческих фермах, и большая часть его воздействия зависит, в частности, от того, как с ним обращаются и как его хранят. Двенадцать процентов всех выбросов парниковых газов в сельскохозяйственном секторе США происходят от того, что Агентство по охране окружающей среды называет «удалением навоза».
Так почему бы не превратить все это загрязнение во что-то, что может приводить в действие транспортные средства и другое сельскохозяйственное оборудование, или во что-то, что можно продавать и использовать вне фермы? Это предполагаемое обещание анаэробного пищеварения. За последние пять лет произошел всплеск партнерских отношений между животноводческими фермами и газовыми компаниями, продвигающими использование анаэробных ферментаторов, которые превращают навоз в форму энергии, называемую биогазом. Агентство по охране окружающей среды определило более 8000 молочных и свиноферм в качестве основных кандидатов на будущие варочные котлы на фермах. В ходе переговоров на Cop26 администрация Байдена указала, что расширение производства биогаза имеет решающее значение для ее плана действий по выбросам метана. Smithfield, Perdue и Chevron за последние два года объявили о партнерстве в области варочных котлов.
Производство биогаза из отходов переживает бум; по прогнозам, к 2030 году отрасль достигнет $126,2 млрд, что более чем удвоится в течение следующего десятилетия.
Крупные производители мяса ищут партнерские отношения с перерабатывающими предприятиями, чтобы справиться с огромным количеством отходов, которые они производят. Иллюстрация: Ricardo Cavolo/The Guardian Но у дайджестов есть свой набор проблем. Некоторые критики опасаются, что развитие этой технологии только усложнит сокращение углеродного следа животноводства и переход на более экологичные источники энергии — две вещи мы должны сделать, чтобы замедлить последствия климатического кризиса.
Тайлер Лобделл, поверенный из Food and Water Watch, говорит, что его группа особенно обеспокоена тем, что рост количества варочных котлов служит только дальнейшему укреплению как природного газа, так и производства сельскохозяйственных ферм — двух отраслей, которые, как известно, трудно регулировать. «Мы объединяем эти две отрасли таким образом, что становится очень трудно выступать за перемены», — говорит он.
В зависимости от того, как они используются, анаэробные метантенки также могут быть не такими эффективными в борьбе с загрязнением воздуха и воды, как на бумаге. «Мы уже не применяем правила учета воздуха и воды в CAFO», — говорит Дэвид Квиртни, профессор инженерной и экологической политики в Университете Айовы, имея в виду операции по концентрированному кормлению животных. «Мне трудно поверить, что мы сделаем это для пищеварителей».
При правильном управлении варочные котлы могут помочь загрязняющим CAFO контролировать навоз. А надлежащее обращение с навозом, то есть соблюдение передовых методов сбора, хранения и применения навоза в качестве удобрения, имеет решающее значение для сдерживания загрязнения. Но каждый тип животноводства отличается и создает различные логистические трудности для переваривания. Кроме того, получение хороших результатов в добыче природного газа также означает, что перед фермами теперь стоит задача найти что-то, что можно с ним сделать.
Как это работает
Анаэробные метантенки используют бактерии для расщепления органических веществ в бескислородной среде, такой как герметичный реактор или отстойник. Газы, такие как двуокись углерода, водяной пар и метан, затем отделяются от жидких и твердых переработанных отходов, после чего система может перерабатывать биометан, чтобы его можно было использовать в качестве природного газа.
Анаэробные метантенки используют бактерии для расщепления органических веществ в бескислородной среде. Иллюстрация: Ricardo Cavolo/The Guardian Этот природный газ можно использовать в качестве источника энергии на ферме или продавать система очистки газа или местная коммунальная служба. То, что осталось — твердые и жидкие переваренные отходы — затем хранится до тех пор, пока их не можно будет использовать для возделывания пахотных земель или продать другим фермам или садовым магазинам в качестве подстилки для скота или почвенной смеси.
Это решение для хранения может помочь на промышленных свинофермах, где навоз обычно хранится в ямах или «лагунах». Особенно лагуны могут стать экологическими бомбами замедленного действия во время шторма. Проливные дожди могут привести к попаданию навоза в близлежащие озера и даже в колодезную воду. «Иногда случаются вещи, когда эти ямы заполняются быстрее, чем они ожидают», говорит Крис Джонс, инженер-исследователь из Университета Айовы, изучающий загрязнение воды .
Обычно, готовясь к шторму, операторы CAFO должны сразу же убрать навоз, чтобы избежать переполнения. Но при правильном использовании метантенки представляют собой более надежное решение, которое удерживает навоз от дождя , , который может помочь сдержать сток и перелив, а также загрязнение запахом. Он также может сократить выбросы метана в отрасли, которая в нем остро нуждается. Выбросы метана при хранении свиного навоза выше, чем при любом другом животноводстве, за исключением молочного скотоводства.
Почему это может быть менее эффективным, чем кажется
Критики предупреждают, что биореакторы не должны использоваться для оправдания расширения промышленного животноводства, которое уже вносит огромный вклад в выбросы парниковых газов во всем мире, а также в местный воздух и воду загрязнение.
В штате Небраска одно предприятие по выращиванию свиней установило варочные котлы после того, как выразило обеспокоенность по поводу того, как их расширение до 8000 свиней повлияет на окружающее сообщество. А в Калифорнии государственные инвестиции в метантенки пошли в основном на более крупные операции, что стимулирует дальнейшую консолидацию отрасли в погоне за прибылью от продажи природного газа.
Но метантенки не могут помочь сократить выбросы метана повсюду на ферме, особенно на молочных фермах.
В отличие от большинства других сельскохозяйственных животных, большая часть выбросов метана крупного рогатого скота связана с отрыжкой, а не с навозом. Иллюстрация: Ricardo Cavolo/The Guardian Крупный рогатый скот является животным с наибольшим выбросом метана из-за того, как коровы переваривают пищу. В отличие от большинства других сельскохозяйственных животных, большая часть выбросов метана крупного рогатого скота связана с отрыжкой, а не с навозом. И эти выбросы метана, известные как выбросы кишечного метана, ответственны за большую часть общих выбросов парниковых газов в пищевом секторе США — 25% по данным EPA. Но метантенки ничего не делают для борьбы с кишечным метаном.
Исследования также показывают, что молочные фермы могут сократить выбросы метана, используя хранилища твердого навоза. Тем не менее, практически все проекты варочных котлов в Калифорнии, которые были запущены в прошлом году, основаны на крытых системах отстойников , , а не на твердых хранилищах.
Это возобновляемая энергия или гринвошинг?
Анаэробные варочные установки могут извлекать энергию из навоза, но такие критики, как Food and Water Watch, говорят, что это не стоит рисков, связанных с производством природного газа на фермах. Транспортировка биометана (а также продажа навоза, оставшегося в результате процесса) является дорогостоящей и сложной задачей для животноводов, и, хотя это редко, случаются несчастные случаи. Варочные котлы, которые не обслуживаются должным образом, также могут протечь, взорваться или сломаться, что требует проведения рискованного ремонта профессиональными дайверами. В июле прошлого года водолаз, нанятый фермером из Айовы, утонул в баке для навоза, пытаясь починить кабель.
В конечном счете, самая большая проблема в развитии этих технологий заключается в том, что они будут использоваться для отвлечения внимания страны от необходимости отказа от источников энергии, таких как природный газ.
«Это позволяет [фермам] говорить об их существующей газовой инфраструктуре так, как будто она меняется и становится устойчивой, — говорит Лобделл из Food and Water Watch, — хотя на самом деле разницы нет.
«Если мы достигнем точки, когда муниципалитеты и штаты будут зависеть от промышленных ферм в качестве источника энергии […], аргумент [превратится] в «ну, завтра у вас не будет электричества, если мы закроем промышленную ферму».
Биогазовое решение: превращение навоза в прибыль | Сообщения в блогах
Сегодня президент Обама опубликовал «Дорожную карту возможностей биогаза» в рамках Плана действий администрации по борьбе с изменением климата – Стратегии по сокращению выбросов метана. Дорожная карта продвигает рыночный потенциал и преимущества биогаза и поощряет внедрение замкнутых биогазовых систем. По сути, это сбор коровьего навоза и его ферментация в герметичном резервуаре. Метан, выделяющийся при брожении, улавливается и используется для получения энергии. В системе с замкнутым циклом «приготовленный» навоз — по существу стерилизованный — разделяется на жидкий и твердый. Жидкость используется в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур, а твердые вещества могут использоваться в качестве подстилки для коров или компоста.
Биогазовые системы повышают устойчивость ежедневной работы молочной, свинофермы или птицефабрики, помогая фермерам экономить ресурсы и сокращая выбросы метана — и то, и другое борется с изменением климата.
Биогазовые системы работают за счет использования анаэробного сбраживания, процесса, при котором биоразлагаемый материал разрушается бактериями в отсутствие кислорода.
Коровий навоз собирается и хранится в бескислородном помещении.
Некоторые фермы, такие как молочная ферма Sensenig в Кирквуде, штат Пенсильвания, также собирают пищевые отходы из близлежащих продуктовых магазинов. Это присоединит навоз в метантенке.
В противном случае эти пищевые отходы были бы отправлены на свалки.
Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, которые выделяют газ метан.
Метан отделяется, собирается и преобразуется в электричество для ферм или домов, перерабатывается в СПГ для питания грузовиков или даже может быть использован для производства биопластика.
Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для компоста, волокна для подстилки коров, почвы для горшков или даже картона.
Жидкость, оставшаяся в метантенке, используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.
Посевы, удобренные жидкостью из варочного котла, собираются на корм коровам.
Никогда не слышали об анаэробном пищеварении? Это нормально. Для фермеров это работает следующим образом: фермер собирает коровий навоз в бескислородный корпус. Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, которые производят газ метан. Метан отделяется, собирается и преобразуется в электричество для ферм или домов, перерабатывается в СПГ для питания грузовиков или даже может быть использован для производства биопластика.
Но это еще не все. Причина, по которой эти биогазовые системы называются «системами с замкнутым контуром», заключается в том, что жидкость, которая остается в метантенке, затем используется для удобрения сельскохозяйственных угодий. На этой земле выращивают урожай, который затем скармливают коровам, которые затем производят навоз, который используется в варочном котле. Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для компоста, волокна для подстилки коров, почвы для горшков или даже картона. Дополнительный бонус? В процессе не выделяется запах! Интересно посмотреть, как это работает?
Эти системы становятся еще лучше, когда в смесь добавляются органические отходы промышленных предприятий по производству продуктов питания и напитков. Например, такие компании, как The Coca Cola Company и Cabot Creamery, отправляют органические отходы со своих заводов по розливу и производству сыра на фермы с биогазовыми системами, а не на свалки. Это снижает выбросы парниковых газов в результате их деятельности, помогает удобрять сельскохозяйственные угодья и экономит деньги на сборах за захоронение отходов — все это увеличивает ценность местных жителей, которые используют зеленую энергию, вырабатываемую биореактором. Взгляните на это великое усилие Cleveland Browns в качестве еще одного примера.
В настоящее время на животноводческих фермах в Соединенных Штатах имеется 239 анаэробных варочных котлов, однако на молочных фермах США может быть установлено более 2600 анаэробных варочных котлов. Если его смешать с пищевыми отходами, его потенциальная рыночная стоимость составит более 3 миллиардов долларов, а выбросы углерода сократятся на 13 миллионов метрических тонн CO2-экв. Это сопоставимо с ежегодными выбросами углерода более чем 3,2 миллиона легковых автомобилей в США.
Почему же не у каждого фермера есть биогазовая установка?
До сих пор фермеры сталкивались с рядом препятствий, которые необходимо было преодолеть. Перед фермерами стоит задача найти партнеров для заключения долгосрочных контрактов на поставку органических пищевых отходов, стороны, которые могут предоставить кредиты, а процесс получения разрешения на строительство варочного котла может быть сложным. Кроме того, местные электроэнергетические компании должны поставлять электроэнергию в сеть по конкурентоспособным тарифам.
Таким образом, в «Дорожной карте биогаза» определены четыре пункта действий по развитию биогазовой промышленности, которые поддерживают фермеров, в том числе:
1. Содействие использованию биогаза посредством существующих программ агентства
Министерство сельского хозяйства США, Министерство энергетики и Агентство по охране окружающей среды будут использовать свои существующие программы для продвижения биогазовой системы путем согласования программ, планов исследований и стандартов.
2. Поощрение инвестиций в биогазовые системы
Высокие капитальные затраты и ограниченные финансовые стимулы являются препятствиями для внедрения биогазовых установок. Агентства будут разрабатывать возможности для финансирования и финансовых стимулов.
3. Укрепление рынков для биогазовых систем и системных продуктов
Существуют рыночные возможности для метантенков и побочных продуктов, которые могут быть реализованы за счет вспомогательной деятельности со стороны агентств, в частности, связанной с энергией и другими дополнительными, неэнергетическими продукты, такие как восстановление и переработка питательных веществ, волокна и почвенные добавки.
4. Улучшение связи и координации
Министерство сельского хозяйства США, Министерство энергетики и Агентство по охране окружающей среды будут координировать и инвестировать в исследования и разработки, чтобы помочь промышленности в продвижении в секторе биогаза.
По мере развития биогазовой промышленности у молочной промышленности появляется возможность определять и оптимизировать ценность молочной продукции. Поскольку биогазовые установки играют роль в сохранении природных ресурсов, WWF продолжит работу с такими партнерами, как Инновационный центр молочных продуктов США, для продвижения внедрения и дальнейшего развития биогазовых установок на фермах США.
Цель состоит в том, чтобы превратить навоз в такие продукты, как электричество, топливо, волокно и удобрения, что сокращает выбросы метана, сохраняет природные ресурсы, а также нашу зависимость от ископаемого топлива. Это приносит пользу не только фермерам, но и корпорациям, сообществам и окружающей среде.
Свиной навоз в биометан | БиоЦикл
7 июня 2018 г. | General
Новейший проект, который будет введен в эксплуатацию в Северной Каролине, предусматривает сбор биогаза из 5 варочных котлов свинофермы и подготовку его для подачи в трубопровод.
Крейг Кокер
BioCycle Июнь 2018 г.
Приблизительно 9 миллионов свиней живут на 2217 фермах в нескольких округах восточной части Северной Каролины (Северная Каролина), что делает этот штат вторым после Айовы по поголовью свиней. Свиньи производят от 2,3 фунтов (фунтов) до 13,1 фунтов навоза в день, в зависимости от размера свиньи. На основе данных Министерства сельского хозяйства США за март 2018 года о поголовье и весе свиней Северной Каролины, этот стадо свиней производит более 8,7 миллионов тонн навоза в год.
Экскременты свиного навоза содержат около 90 процентов влаги и 7 процентов биоразлагаемых (или летучих) твердых веществ. Навоз от 150-фунтовой свиньи имеет потенциал образования биогаза 4,8 кубических футов (фут3)/день. С поправкой на потребление энергии для нагрева и перекачки варочного котла чистый выход составляет около 3,2 фута 3 в день для этой свиньи. Общий потенциал чистого выхода биогаза из свиного навоза в Северной Каролине составляет около 28,8 миллионов футов 90 339 3 90 340 / день, что имеет потенциальную энергетическую ценность около 18 000 миллионов британских тепловых единиц в день (MMBTU / день). Учитывая, что в 2009 году среднее домашнее хозяйство США потребляло 250 000 БТЕ / день энергии.(самые последние данные), этот потенциал возобновляемой энергии превышает общую энергию, потребляемую 70 000 домохозяйств.
Подавляющее большинство свиноферм используют систему жидкостной промывки для вымывания навоза из коровников, поэтому для разбавления навоза до желаемого содержания твердых веществ в 0,5 процента используется много воды. Эти сточные воды хранятся снаружи в одной из 3300 лагун Северной Каролины. С учетом промывной воды в этих лагунах содержится более 52 миллионов тонн сточных вод, и все они в настоящее время используются для возделывания земель. Применение свиного навоза на сельскохозяйственных полях не обошлось без разногласий.
Чтобы использовать потенциал выхода биогаза из такого большого объема сточных вод, потребуются очень большие и многочисленные реакторные резервуары, поэтому покрытие отстойников полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП) стало гораздо более рентабельным подходом. Именно такой подход использовался в инновационных проектах по возобновляемым источникам энергии в округах Дуплин и Ядкин в Северной Каролине.
Система очистки биогаза на Optima KV состоит из абсорбции при переменном давлении для удаления CO2, h3S и других компонентов. Очищенный биометан продается Duke Energy через его дочернюю компанию Piedmont Natural Gas. Фото предоставлено Кавано
Optima KV
Optima KV — это совместное предприятие Smithfield Foods, двух местных свиноферм, инженерной фирмы Cavanaugh Associates и внешних инвесторов по производству возобновляемого природного газа (RNG, также называемого биометаном). Навоз перекачивается из животноводческих помещений в крытые и облицованные ПЭВП варочные котлы в земле на каждой из пяти смежных ферм, где содержится 60 000 свиней, принадлежащих двум фермерам. Эти варочные котлы различаются по емкости от 1,7 миллиона до 3 миллионов галлонов. В случае эксплуатационных проблем с метантенками аварийный гравитационный водосброс перенаправит навоз обратно в первоначальный отстойник для сточных вод. Варочные котлы смешиваются с помощью насосов рециркуляции жидкости, которые также можно использовать для удаления шлама из метантенков. Варочные котлы оснащены внутренними перегородками, которые помогают отделять твердые вещества от жидкостей, поэтому время гидравлического пребывания жидкой фракции составляет около 30 дней, а время пребывания твердых веществ составляет около 9 дней.0 дней.
Дигестат из реакторов направляется обратно на фермы и хранится в существующих лагунах сточных вод до внесения в землю. Запахи от наземного внесения сырого свиного навоза вызывают споры в восточной части Северной Северной Каролины, а дигестат из реакторов, вероятно, имеет гораздо более слабый профиль запаха из-за анаэробного разложения летучих жирных кислот при БА, хотя никаких оценок запахов не проводилось.
Каждая ферма оснащена маломощным компрессором, который вытягивает биогаз из-под крышек, фильтрует его для удаления твердых частиц и удаляет влагу через конденсатор. Предварительно подготовленный биогаз направляется на центральную установку по очистке газа на территории Smithfield Foods (примерно в 3 милях от ферм) по трубопроводу низкого давления. Каждая ферма оснащена аварийными факелами на случай, если в работе центрального объекта возникнут проблемы.
Очистка газа
Система очистки газа (по прозвищу «GUS») состоит из абсорбции при переменном давлении для удаления двуокиси углерода, сероводорода и других компонентов. Очищенный биометан подвергается давлению до 100 фунтов на квадратный дюйм (psi) для продажи Duke Energy через дочернюю компанию Piedmont Natural Gas, которая управляет сетью распределения природного газа в восточной части Северной Каролины. Стандарты закачки в трубопровод, как правило, являются строгими (см. «Закачка биометана в трубопровод в Калифорнии», март/апрель 2018 г.), и газоанализаторы в режиме реального времени по обеим сторонам соединения контролируют качество газа. В таблице 1 сравнивается качество газа Optima со спецификациями впрыска.
Optima KV заключила 15-летнее соглашение с Duke Energy на производство 80 000 MMBTU/год ГСЧ. Это позволит создать около 11 000 мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях Duke Energy, работающих на природном газе, в округах Уэйн и Нью-Ганновер. Биометан, произведенный в рамках проекта Optima KV, частично заменит ископаемый природный газ, потребляемый этими двумя электростанциями (подход, известный как «направленный биогаз»).
Закачка биометана по трубопроводу может быть выгоднее прямого производства электроэнергии на ферме для продажи в сеть. В то время как закачка зависит от наличия близлежащей трубопроводной инфраструктуры с достаточной мощностью, а оборудование для очистки газа может быть дорогим, прямые продажи электроэнергии в сеть затруднены из-за низких закупочных цен, реальность того, что системы распределения электроэнергии спроектированы как радиальные сети, передающие однонаправленным способом от подстанций к потребителям, а также потребность в системах защиты присоединения, которые защищают сеть от колебаний напряжения и потенциальных повреждений от короткого замыкания.
«Мы считаем, что направленный биогаз в восточной части Северной Каролины имеет большой потенциал», — говорит Гас Симмонс, директор по биоэнергетике компании Cavanaugh LLC и менеджер проекта Optima KV. «Мы построили GUS с дополнительной мощностью, поэтому у нас есть возможность подключить больше свиноферм в будущем. Поскольку биометан можно использовать для любых целей, которые в настоящее время выполняются с помощью природного газа из ископаемого топлива, и поскольку идентификационные номера возобновляемых источников энергии и государственные программы кредитования возобновляемых источников энергии не требуют, чтобы конкретные молекулы биогаза использовались конкретными пользователями, мы видим большие возможности для Севера. Свиноводство Каролины будет экспортировать энергию ферм по всей стране».
Проект Optima KV начал производить биометан в соответствии со спецификациями качества закачки в ноябре 2017 года, но фактически не мог закачивать его до марта 2018 года из-за задержек со строительством соединительного трубопровода, поскольку это был первый проект такого рода в Северной Каролине. «Это был длительный процесс, — отмечает Симмонс, — но мы ожидаем, что он станет гораздо более упорядоченным». Биометан, проданный Duke Energy, приносит коммунальному предприятию 11 200 кредитов на возобновляемую энергию (REC) в год, что помогает ему выполнять обязательства в соответствии со Стандартом портфеля возобновляемых источников энергии Северной Каролины (см. врезку).
Loyd Ray Farms
В 2008 году Университет Дьюка и Duke Energy объединились для разработки системы анаэробного сбраживания на ферме Loyd Ray Farms в округе Ядкин, откормочном комплексе, в котором одновременно находится около 9000 свиней. Система начала работать в мае 2011 года. Гас Симмонс из Кавано спроектировал систему и отметил: «Этот проект был первой биогазовой системой в Северной Каролине, которая генерировала сертификаты возобновляемой энергии (REC) на свиноводческом предприятии».
Метан из 80 000 галлонов свиного навоза в день собирается в специальном специальном анаэробном реакторе емкостью 2 миллиона галлонов, заглубленном в землю, облицованном и закрытом анаэробном метантенке; биогаз используется для вращения микротурбины Capstone мощностью 65 кВт, а электроэнергия используется для питания фермы. Производство биогаза для производства электроэнергии из крытого бассейна оценивается в 50 400 фут3/день. Газ предварительно обрабатывается на блоке кондиционирования, который осушает и охлаждает газ, а также фильтрует частицы размером более 5 микрон. Примечательно, что нет необходимости очищать газ от сероводорода (h3S), поскольку микротурбина может выдерживать относительно высокие концентрации h3S. В системе также есть резервный факел, который используется для сжигания биогаза, когда производство газа превышает мощность микротурбины. Жидкости из метантенка аэрируются и очищаются от аммиака и загрязняющих веществ, после чего вода используется для полива или промывки коровника.
Общая стоимость «под ключ» составила 1,2 миллиона долларов (в долларах 2011 г.), и финансирование было получено от NC, USDA, Duke University и Duke Energy. Университет и коммунальное предприятие внесли капитал в размере 700 000 долларов США и несут совместную ответственность за работу до 2021 года. Университет Дьюка предоставил финансирование в рамках трехстороннего соглашения о разделении затрат с Loyd Ray Farms и Duke Energy, при этом университет получает любые кредиты для компенсации выбросов углерода.