Биогаз — это форма энергии, производимая анаэробным разложением (разложение компонентов биологически разлагаемых веществ в среде без кислорода). Это смесь газов, в основном углекислого газа и метана. Приблизительный состав биогаза:
- Метан (CH4) 55-65 %
- Углекислый газ (CO2) 30-35 %
- Водяной пар 1-5 %
- Сероводород (H2S) 0-3 %
- Водород (H2) 0-1
Разложение отходов в процессе анаэробного сбраживания происходит благодаря действию бактерий, а не при высоких температурах. Этот процесс может происходить в практически любой биологической среде, но он предпочитает тёплые, влажные условия с низким содержанием кислорода.
Анаэробное сбраживание также происходит в двух основных ситуациях, созданных деятельностью человека:
- Канализация (человеческие отходы) или навоз животных.
- Газ с мусорных свалок, образующийся от бытовых отходов, зарытых на свалках.
В природе также существует множество сырьевых материалов (органических материалов), из которых можно извлекать биогаз: человеческий и животный навоз, листья, ветки, трава, мусор, сельскохозяйственные и промышленные отходы с органическим содержанием более 2 %.
Производимый биогаз может быть использован для приготовления пищи, отопления, освещения (с использованием газовых ламп), выработки электроэнергии, работы сельскохозяйственных объектов и других энергетических нужд. Отходы, образующиеся в процессе, могут быть использованы в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур..
Системы воздуходувок для газов свалок
Газ с мусорных свалок (LFG) транспортируется от скважин свалки к воздуходувной установке через главный коллектор газов. Затем LFG обычно проходит через сосуд для удаления жидкостей и газовых частиц перед тем, как быть направленным в воздуходувку. В некоторых случаях на свалках могут активно использоваться блокировочные и обходные клапаны, если есть необходимость направить газ мимо сосуда для удаления жидкостей. Это обычно не рекомендуется, поскольку удаление конденсата помогает защитить приборы и оборудование для обработки.
Воздуходувная установка и сопутствующее контрольное оборудование могут быть размещены либо в здании, либо на открытом воздухе. Установка должна быть расположена в центральной части с возможностью расширения и наличием источника питания. Также она должна иметь мощность, достаточную для обработки 100% пикового производства LFG, а также дополнительную мощность для контроля миграции LFG. На входных и выходных трубопроводах каждой воздуходувки часто устанавливаются заслонки, чтобы обеспечить непрерывную работу воздуходувки во время планового обслуживания и простоя.
Цель воздуходувки LFG (также известной как компрессор) заключается в создании вакуума для извлечения газа из скважин и траншей под давлением, перетаскивании LFG к воздуходувке и его подаче в факел или другое оборудование для обработки. Этот процесс известен как активное управление LFG, что противопоставляется пассивному контролю LFG. Пассивные системы, при которых LFG обычно сбрасывается в атмосферу с минимальной или без обработки, чаще всего не рекомендуется использовать в современных операциях на свалках. Основным механическим компонентом системы воздуходувки является сам газовый компрессор или воздуходувка. Другие сопутствующие компоненты могут включать:
- Клапаны (автоматические блокирующие, обратные)
- Измерение и учет потока
- Манометры для измерения давления, температуры и т.д.
- Оборудование для обработки и удаления конденсата
- Электрическое оборудование
- Приборы
- Коммунальные услуги
Выбор подходящей воздуходувки определяется такими факторами, как количество и конечное использование LFG, вакуум, необходимый для извлечения газа, давление, необходимое для обработки, и т.д. Основные типы воздуходувок, используемых для применения в LFG, включают одно- и многоступенчатые центробежные воздуходувки: т.е. машины с постоянным вакуумом/давлением и переменным объемом газа, оснащенные заслонкой на входе устройства.
Биогаз и окружающая среда
В сельских районах имеется значительное количество неиспользованных органических веществ (отходов животноводства). Эти органические вещества могут производить большие количества метана, и современная технология может быть использована и адаптирована к местным условиям.
Проектирование биогазового реактора и ожидания по его выходу должны быть адаптированы к доступным ресурсам, климатическим условиям и строительным материалам. Чтобы минимизировать капитальные затраты на оборудование, важно обеспечить правильное проектирование реактора.
Анаэробное разложение также происходит в прудах, болотах и навозных ямах, где имеется большое количество разлагающихся органических материалов. Часто можно увидеть пузырьки, поднимающиеся на поверхность, и при их сгорании (наполненных метаном) наблюдается фиолетово-синий, бес烟ный и без запаха пламя. Метан в 23 раза более мощный парниковый газ, чем углекислый газ (CO2).
Потенциальное сырьё для биогазовых реакторов
Сырьевые материалы, которые могут быть использованы для производства биогаза через биоконверсионный процесс в реакторе:
- Остатки сельскохозяйственных культур – Остатки сахарного тростника, сорняки, кукурузные стебли, солома, испорченное кормовое зерно и др. Исследования показали, что содержание водорастворимых веществ, таких как сахара, аминокислоты, белки и минералы, уменьшается с возрастом растения и становится достаточно низким, чтобы ограничить скорость процесса разложения. Таким образом, разложение остатков сельскохозяйственных культур занимает больше времени, чем навоза, из-за их волокнистого состава и большего размера частиц.
- Навоз – Отходы коровников (навоз, моча, подстилка), помет овец и коз, отходы мясоперерабатывающих заводов (кровь, мясо), отходы рыбного хозяйства, кожа и др. из сельскохозяйственной отрасли представляют собой важный источник сырья для производства биогаза. Навоз является источником углерода и азота, необходимых для успешной работы процесса ферментации. Количество и состав отходов животного происхождения зависит от типа животного. Например, птица производит больше летучих твердых веществ, азота и фосфора на единицу массы. Кроме того, состав навоза в значительной степени зависит от рациона питания животного. Животные, питающиеся только травой, имеют гораздо более низкое содержание азота в своем навозе и моче.
- Отходы человека – Человеческие фекалии и моча являются сырьем, которое может быть использовано для производства биогаза.
- Продукты и отходы сельскохозяйственной промышленности и водной растительности – Масличные шроты, багасса, рисовый отруб, семена, вода от переработки фруктов и овощей, фильтровальная шлам из сахарных заводов, морские водоросли, водоросли и др., могут также быть использованы как сырье для биогазовых реакторов.
Требования для успешной системы
- Держите анаэробный реактор вдали от открытых огней и электрического оборудования, которое может искрить.
- Помещения должны быть хорошо вентилируемыми.
- Следует использовать взрывозащищенные моторы, проводку и освещение.
- Проводите периодические проверки системы на утечку газа.
- Соблюдайте правила безопасности при использовании горелки Бунзена для тестирования газа с помощью пламени.
- Используйте устройства для обнаружения газа и сигнализации в закрытых помещениях.
- Не сбрасывайте сточные воды из устройства непосредственно в озера или потоки.
Меры предосторожности
Опасности, связанные с генерацией биогаза, включают угрозы для здоровья и риски возникновения пожара или взрыва. Биогаз является горючим и может быть взрывчатым при смешивании с воздухом.
- Принятие потенциальными пользователями.
- Способность использовать газ, когда он производится.
- Достаточный спрос на газ.
- Доступность достаточного количества сырья для выполнения требований производства.
- Адекватное техническое обслуживание и операционный контроль.