Биогаз и биогазови инсталации. Биодизел.


Категория на документа: Екология


ЮГОЗАПАДЕН УНИВЕРСИТЕТ "НЕОФИТ РИЛСКИ"
ФАКУЛТЕТ
ГР. БЛАГОЕВГРАД

РЕФЕРАТ
На тема:
"Биогаз и биогазови инсталации. Биодизел."

Изготвил: Проверил:......................
Фак. №
Спец.:
Курс:
Благоевград, 2013г.
ВЪВЕДЕНИЕ

Като надеждна и икономически изгодна алтернатива на снабдяването с природен газ и електричество напоследък се очертава биогазовата енергeтика. Това е сфера с голям потенциал в световен и национален мащаб. Ако вместо да изхвърляте отпадъчната биомаса от производството си, я преработите с биогазова инсталация, ще разрешите много проблеми, като едновременно с това ще получите няколко вида енергийни ресурси. Селищата, животновъдните ферми, хранително-вкусовата и дървообработващата промишлености ежедневно генерират голям обем органични отпадъци, които представляват алтернативен възобновяем енергиен източник. Поради многообещаващите прогнози за биогазовата енергетика, вече не са редки и случаите на отглеждане на енергийни култури с цел производство на биогаз.

Всяко производство, източник на отпадна биомаса, може преработвайки отпадъците си с биогазова инсталация, да стане независимо от променящите се цени на тока и изкопаемите горива. Освен това, така то няма да бъде засегнато при евентуално нарушаване на доставките на електроенергия или природен газ. Енергийното съдържание на биомасата ще се преобразува в биогаз, моторно гориво, електричество и топлинна енергия, като едновременно с това ще се редуцират отпадъците. Крайни продукти от този процес са още въглероден диоксид, торове, богати на азот и фосфор, както и пречистена вода, особено когато източника е утайка от пречиствателни станции за битови отпадни води. Прилагането на биогазови технологии е най-рационалния и ефективен начин да се справим с биологичните отпадъци още на мястото на тяхното образуване (за производства) или след като са депонирани и рециклирани (за депа и пречиствателни станции).

1. Състав и свойства на биогаза

Биогаз е горивен газ, който се получава при организирана ферментация на биологични продукти в анаеробна (без наличие на кислород) среда. Получаваният в природата при естествена ферментация газ се нарича "блатен газ".

Енергетичното съдържание (калоричност) на биогаза е около 22 600 KJ/m3. Калоричността на 1 kg метан съответства на тази на 1,18 kg мазут или 1m3 метан е приблизително равен на 1 литър мазут, като се има предвид, че един кубически метър метан при атмосферно налягане и температура 15 градуса целзий има маса 718 грама.

Биогазът е богат на метан газ. Метановото съдържание е от 50 до 85%. В състава си съдържа също така и въглероден двуокис от 15 до 40%, азот, водород, кислород и сероводород. Получава се при ферментационни процеси в анаеробна среда (без кислород) на биологични продукти при строго определени температури.

Изходните суровини за производството на биогаз са отпадъци от животински ферми - фекалии, постеля (смес от фекалии и слама), отмивни води, хранителни отпадъци. Тези материали съдържат органични и неорганични вещества и затова са подходяща среда за развитието на различни микроорганизми. Те са сериозен проблем за земеделските производители, защото се натрупват в големи количества и замърсяват околната среда. При естествената им ферментация се отделя метан, който е парников газ и представлява 7 до 10 % от световното замърсяване с метан.

От 1 кг биомаса (като сухо вещество) се получават от 200 до 1200 литра биогаз в зависимост от състава на биомасата и условията за ферментация. Чрез помощта на биогаз може да се произвежда електроенергия, топлоенергия и метан.

В биогазовите уредби и по-точно във ферментаторите им се събира метана, получен при ферментацията. Въглеродния двуокис, който съпътства метана в състава на биогаза, не е повече от този, който се получава при естествената ферментация на отпадъците. Остатъчните продукти от метаногенната ферментация са вода и обезмирисен и обеззаразен биологичен тор с по-висока концентрация на минерали и микроелементи в него и с азот в по-лесно усвоима от растенията форма. Процесът на анаеробна ферментация е съпроводен с метанова ферментация (получаване на метан), етилова ферментация (получаване на малки количества спирт) и анаеробна ферментация (получават се ацетон, бутанол, разтворители, органични киселини, и водород).

Производството на метан от биомаса се реализира на различни етапи на преобразуване неорганичната материя. За да се достигне до метана(СН4) и въглеродния диоксид(СО2), които са крайните продукти на процеса на разграждане на биомасата, е необходима система от микроорганизми, които преобразуват органичните съединения в органични водородни киселини и въглероден диоксид. Също така са необходими микроорганизми, които преобразуват органичните киселини до оцетна киселина и след това чрез декарбоксилация отново до метан. Преобразуването на целулоза до метан може да стане чрез смес култивирани микроорганизми. Получава се маса, която съдържа водород, СО2 и летливи мастни киселини. Летливите мастни киселини се преобразуват до оцетна киселина СН3СООН, от която впоследствие чрез декарбоксилиране се получава метан. До метан могат да се преобразуват и вещества като алкохоли и алдехиди1.

Анаеробната ферментация е процес, който се извършва във ферментаторите за получаване на биогаз чрез разлагане на органичен материал в отсъствие на кислород. Метаногенните бактерии синтезират метан непосредствено от водород и въглероден двуокис. За увеличаване на метаногенната активност са създадени щамове бактерии чрез методите на генното инженерство. За да протече този процес по най-добър начин, с оглед максималното извличане на метан, е необходимо да се постигне определена физическа консистенция и химически състав на субстрата. Това става чрез смесването в подходящи съотношения на различните видове отпадъци чрез специални миксери и добавяне на вода.

Смята се че микроорганизмите участващи в реакциите са едни от най-древните живи организми "архибактерии". Те са се появили далече преди периода, през който започва да се осъществява фотосинтеза. Те са от първите живи организми.

2. Технология и изисквания на процеса на производство на биогаз

Биологичната процедура на ферментацията се състои от три фази. Към първата фаза бактерии от киселина трансформират сложния органичен подслой на прости органични киселини. Продуктите на тази фаза са газови киселини с кратка връзка.

През втората фаза метаногенните бактерии трансформират киселините от първата фаза към газови продукти (CH4, CO2). Полученият метан CH4, излизащ от системата се акумулира и се използва като гориво. Окончателното бактериално преобразуване на органичните вещества във СО2 и СН4 се осъществява на третия етап от процеса. Освен това от СО2 и Н2 се образуват допълнителни количества СН4 и Н2О. Изследвания показват, че големият процент на получения метан произхожда от директното трансформиране на оцетна киселина, а останалият - от въглеродният диоксид. Изчислено е, че около 10% от органичния материал се използва за храна на развитите бактерии, а останалото се трансформира в метан2.

Главният техникоикономически параметър, по който се различават реакторите е температурата, при която се реализира процеса. Има три основни температурни технологии, които намират приложение в съвременната промишленост. При първата технология се използва събирането на метан от покрити вместимости, например лагуни, което става при температура на околната среда. Отделения газ е в неголеми количества. Времето за ферментация в покритите лагуни е над 60 денонощия, което ги прави неефективни за устойчиво енергопроизводство.Такива единични системи работят в тропиците и субтропиците. Те са възможно най-евтините производства на биогаз.

Втората технология, така наречената мезофилна технология, изисква строго дефинирана температура от порядъка на 36° С, която е характерна температура за мезофилните метаногенни бактерии и добивите на биогаз са големи. Времето за ферментация обикновено е 5 седмици. Трябва да се има в предвид, че температурата във вертикалните ферментатори на повърхността е около 41°С, докато в ниската му част, която в някои конструкции е подземна е 35°С. В САЩ системите за мезофилна технология са по-сложни и съответно по-скъпи. Това е така, защото е необходимо да се подгрява торовата смес в резервоари за пастьоризация, което е свързано с допълнителни капиталовложения и експлоатационни разходи, но осигурява обеззаразен биологичен тор.

Третата технология е термофилната. Тя предвижда строго дефинирана температура от порядъка на 56°С, която е характерна температура за термофилните метаногенни бактерии, при които добивите на биогаз са по-големи. Времето за ферментация е по-късо и степента на деградация на торовата маса е по-голяма. Допълнително предимство на тази технология е, че не е нужно да се подгряват пастьоризатори за хигиенизация на остатъчната торова маса3. Ферментаторите и другите елементи по тази технология са по-скъпи, защото изискват по-добра топлоизолация и имат по-голям разход на енергия, въпреки че в тях престоят на торовата маса е по-малък. Такива системи изискват по-прецизен контрол защото риска от отделяне на високо количество амоняк е по-голям, което може да доведе до унищожаване на бактериите и до забавяне на ферментацията. Тези инсталации се използват по-рядко, предимно в Германия, Дания и други скандинавски страни.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Биогаз и биогазови инсталации. Биодизел. 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.