Получение, состав и использавание биогаза

ФГОУ  ВПО «Саратовский государственный  аграрный университет  имени Н.И. Вавилова»

 

Факультет заочного обучения по агроинженерным наукам

Кафедра «Теплотехника, ТГС  и В»

 
 

РЕФЕРАТ 

Тема: « Получение, состав, хранение и использование биогаза» 

Студентка 6 курса з/о

Группа  ТГС-601

Симакова  Н. В.

____________________

Преподаватель:

Гурьянова М.Ю.

____________________ 

Саратов 2011 г.

Содержание

 

Введение

Получение биогаза метатенков и сельскохозяйственных биогазовых установок

Биогаз, получаемый на полигонах ТБО

Системы хранения биогаза

Состав  биогаза

Подготовка  биогаза к использованию

Основные  направления и мировые лидеры использования биогаза

Заключение

Список  использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

В мировой  практике газоснабжения накоплен достаточный  опыт использования возобновляемых источников энергии, в том числе  энергии биомассы. Наиболее перспективным  газообразным топливом является биогаз, интерес к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под биогазами подразумеваются метансодержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы. В зависимости от источника получения биогазы подразделяются на три основных вида:

- газ  метантенков, получаемый на городских очистных канализационных сооружениях (БГ КОС);

- биогаз, получаемый в биогазовых установках (БГУ) при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств (БГ СХП);

- газ  свалок, получаемый на полигонах  отходов, содержащих органические  компоненты (БГ ТБО).

В своей  работе я рассмотрела технологии получения этих газов, их состав, методы подготовки биогаза к использованию, а именно методы очистки от балластных веществ. Биогаз обладает широким спектром использования, который я коротко рассмотрела в этой работе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Получение биогаза метатенков и сельскохозяйственных биогазовых установок 

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

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

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

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

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

малые - до 50 м3/сут;

средние – до 500 м3 /сут;

крупные – до 30 тыс. м3/сут.

Метатенковые и сельскохозяйственные биогазовые установки не имеют принципиальных отличий, за исключением используемого субстрата. Технологическая схема биогазовой сельскохозяйственной установки представлена на рис. 1.

Согласно  этой схеме навоз из животноводческого  помещения (1) поступает в на копительную емкость (2), далее фекальным насосом (3) его загружают в метантенк — емкость для анаэробного сбраживания (4). Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер (5) и далее к потребителю Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник (6), через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле (7) Сброженный навоз выгружают в навозохранилище (8). 

Рис.1. Обобщенная схема производства биогаза (сельскохозяйственная биогазовая [4]

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

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

В метантенках обеспечиваются все необходимые параметры процесса—температура(33-37є С) , концентрация органических веществ, кислотность (6,8-7,4) и др. Рост клеток метанового биоценоза также определяется соотношением C:N, и оптимальное его значение составляет 30:1. Некоторые вещества, содержащиеся в исходном субстрате, могут ингибировать метановое сбраживание (табл. 1). Например, куриный помет часто ингибирует метановое сбраживание избытком NH3.  
 
 
 

Таблица 1

Ингибиторы метанового сбраживания [2]

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Биогаз, получаемый на полигонах ТБО 

Процесс неуправляемого газообразования на полигонах бытовых и других отходов, содержащих большую долю органических компонентов, можно рассматривать  как процесс получения метансодержащего газа в аккумулятивной системе, длительность процесса до полного разложения органической части здесь гораздо больше, чем в метатенках.

В отечественной  практике системы утилизации биогаза на полигонах ТБО пока не получили широкого распространения, поэтому при дальнейшем рассмотрении конструктивных особенностей систем сбора и транспорта биогаза будет учитываться зарубежный опыт. Принципиальная схема одной из таких систем на полигоне ТБО представлена на рис. 2. Система состоит из двух основных частей: газосборной сети, находящейся под разрежением, и распределительной сети потребителей биогаза, находящейся под избыточным низким или (реже) средним давлением. 

 
Рис. 2. Устройство системы дегазации  полигонах ТБО [3]

Ниже  приводятся определения важнейших  элементов системы сбора газа на полигоне, представленные на рис. 2, и требования к отдельным элементам  системы.

Газовые коллекторы - это трубопроводы, проложенные  в толще отходов, в которых  создается разрежение. Как правило, они выполняются либо вертикально  в виде газовых скважин, либо горизонтально  в виде перфорированных трубопроводов, однако на практике применяются и  другие формы (резервуары, гравийные  или щебеночные камеры и др.).

Под сборными газопроводами понимаются газопроводы, находящиеся под разрежением  и ведущие к части сборных  коллекторов. Для компенсации просадок они имеют гибкое присоединение  к газовому коллектору, в узле присоединения  располагаются контрольно-измерительные  приборы (для измерения давления) и штуцеры для отбора проб газа.

В газосборном  пункте объединяются сборные газопроводы. Газосборный пункт может быть выполнен в виде трубы, резервуара и  т. п. и размещается в низшей точке  с целью обеспечения сбора  и отвода выпадающего конденсата. В газосборном пункте размещаются  контрольно-измерительные приборы  и устройства автоматики.

Система отведения конденсата - это устройство на газопроводе для сбора и  отвода конденсата в низшей точке  системы трубопроводов. В зоне разрежения конденсат отводится через сифоны, в области избыточного давления - посредством регулируемых конденсатоотводчиков. Конденсат можно также отводить как в зоне разрежения, так и в зоне избыточного давления с помощью охлаждающего устройства.

Всасывающим трубопроводом называют прямой участок  трубопровода перед нагнетательным устройством, здесь также предусматриваются  контрольно-измерительные приборы  и устройства автоматики.

Нагнетательные  устройства (вентилятор, воздуходувка и т. п.) служат для создания разрежения, необходимого для транспорта газа из тела захоронения или для создания избыточного давления при транспортировании  газа к месту использования (к  факельной установке, к системе  утилизации и т. п.).

Компрессорная установка служит для повышения  избыточного давления газа.

В машинном отделении размещаются нагнетательные устройства. Традиционными конструкциями  являются контейнеры, металлические  кожухи или небольшие строения (гаражи, блочные конструкции и т. д.). На крупных установках газонагнетательные устройства располагаются в машинном зале, иногда они могут размещаться на открытых площадках под навесом.

Под трубопроводами для транспорта газа понимается система  трубопроводов для отвода газа с  полигона под избыточным давлением.

Факельная газовая установка - это устройство, необходимое для полного сжигания газа при отсутствии газопотребления, включая устройства автоматики безопасности и регулирования.