260
Какой же состав имеет биогаз? Биогаз представляет собой смесь более чем на полови-
ну, состоящую из метана и на треть из углекислого газа с примесями других газов, таких как
аммиак, сероводород, азот (см.рисунок 2).
Рисунок 2.Состав биогаза
2.1.2. Этапы производства биогаза
Биогаз является продуктом сложного обмена веществ в бактериях, которые образуются
вследствие разложения ими какого-либо органического субстрата. Однако весь этот процесс
можно также разделить на 4 основных этапа, в каждом из которых принимают участие много
разных групп бактерий. При эксплуатации установки необходимо знать о том, что же проис-
ходит в ней (см. схему1).
Схема1. Химические процессы, происходящие в биоэнергоустановке
261
1. На первом этапе
получения биогаза, аэробные бактерии перестраивают все высоко-
молекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры и целлюлозу) при помощи
энзимов на низкомолекулярные соединения. Этими соединениями являются сахар, амино-
кислоты, жирные кислоты и вода. Энзимы, выделяемые гидролизными бактериями, легко
прикрепляются к внешним стенкам бактерий (как их еще называют - экзоферменты) и при
этом они расщепляют органические составляющие загруженного в установку субстрата на
небольшие водорастворимые молекулы. Все полимеры (многомолекулярные образования) на
данном этапе превращаются в одномеры (или отдельные молекулы). Этот процесс, называе-
мый гидролизом, имеет медленное течение и напрямую зависит от количества внеклеточных
энзимов. На данный процесс влияет уровень кислотности (рН) (который должен быть в диа-
пазоне от 4,5 и до 6) и необходимое время нахождения субстрата в резервуаре.
2. После завершения процесса гидролиза, расщеплением занимаются кислотообразую-
щие бактерии. Отдельные молекулы веществ проникают прямо в клетки бактерий и там они
продолжают разлагаться. В данном процессе, частично принимают участие различные анаэ-
робные бактерии, которые употребляют остатки кислорода и образуют тем самым анаэроб-
ные условия, необходимые для существования метановых бактерий. При уровне рН = 6-7,5 в
первую очередь вырабатываются нестойкие жирные кислоты (это карбоновые кислоты,
например, уксусная, муравьиная, масляная, и другие), этанол и различные газы – двуокись
углерода, сероводород, углерод, и аммиак. Данный этап называют фазой окисления(на дан-
ном этапе уровень рН несколько понижается).
3. После завершения этого процесса, кислотообразующие бактерии из всех органиче-
ских кислот создают продукты, необходимые для образования метана. Это уксусная кислота,
двуокись углерода и сам углерод. Такие бактерии которые понижают количество углерода в
субстрате, являются чувствительными к температуре, поэтому на данном этапе важно под-
держивать её нужный уровень.
4. На последнем этапе образуется непосредственно метан и побочные продукты - дву-
окись углерода и вода. 90% всего метана вырабатывается именно на этом этапе. А поскольку
70% метана происходит из уксусной кислоты, то3 этап расщепления, во время которого про-
исходит образование уксусной кислоты, является важнейшим фактором, определяющим
непосредственно скорость образования метана. На 4 этапе оптимальный уровень рН = 7. В
результате этих биохимических процессов мы получаем биогаз, который необходимо очи-
стить от примесей. Но о процессе очистки биогаза можно прочитать в статье по ссылке [4].
2.1.3. Возможности по применению биогаза
Биогаз может идти не только на технологические нужды и употребляться внутри пред-
приятия в замкнутом цикле производства, но и на личные нужды простых жителей, как аль-
тернатива природному газу. Наиболее перспективным считается его использование в газовых
турбинах и газо-поршневых установках. Газовые турбины более просты в эксплуатации в
сравнении с газо-поршневыми установками и имеют большую эффективность. При совме-
щении газовой турбины, непосредственно с биогазовой установкой, электроэнергия, получа-
емая на выходе, максимально приближается по своей себестоимости к энергии, вырабатыва-
емой атомными электростанциями [2].
Биогазовые установки предлагают реальный ответ на вопрос, который все сильнее вол-
нует наше общество: куда девать мусор? Переработка органического мусора в удобрения, с
получением биотоплива и ценного в хозяйстве углекислого газа делает биогазовые установки
фактически вне конкуренции, по сравнению с другими агрегатами по утилизации мусора [2].
Биоотходы (мусор) могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биога-
зовую установку насосами. Сначала органический материал высыпается (перемалывается),
гомогенизируется и перемешивается. Гомогенизация чаще всего выполняется при темпера-
туре 70
о
С в течение одного часа при размере частицы в 1 см. и производится в резервуаре с
мощными мешалками. Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным ре-
зервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть
фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора может находится мик-
сер, предназначенный для полного перемешивания содержимого. Создаются условия для
262
предотвращения образования плавающих слоев и осадка. Свежее сырьё должно подаваться в
реактор небольшими порциями несколько раз в день. На протяжении определённого времени
органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроор-
ганизмами. На выходе из установки, образуется два продукта: биогаз и субстрат (компости-
рованный и жидкий). Биогаз сохраняется в специальной емкости газгольдера, в котором вы-
равниваются давление и из него идет непрерывная подача газа в газовый двигатель и генера-
тор. Здесь уже производится тепло и электричество. При необходимости биогаз дочищается
(до 95% метана), после такой очистки, полученный газ – почти аналог природного газа мета-
на. Отличие только в его происхождении.
Биогазовые установки независимо от своей ёмкости работают 24 часа в сутки, кругло-
годично. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всем процессом мо-
жет управлять система автоматики и для обслуживания установки достаточно одного-двух
специалистов. Эти сотрудники ведет контроль аппаратуры, а также работают на подаче био-
массы. После необходимого обучения, на установке может работать любой человек, с общим
средним или средним специальным образованием.
Наряду с преимуществами есть и недостатки, которые предстоит преодолеть.
1. Промышленная установка стоит относительно недорого, однако небольшие биогазо-
вые установки, не всегда ещё по карману рядовому предпринимателю (фермеру).
2. Технологии получения биогаза еще несовершенны, в основном они развиваются бла-
годаря активной позиции отдельных предпринимателей. Необходима эффективная помощь
государственных структур.
3. Как не экологичен биогаз, но данный вид топлива полностью не исключает парнико-
вый эффект. Более эффективное сжигание биогаза минимизирует вредные выбросы в атмо-
сферу.
Устранив эти недостатки, можно увеличить энерговооруженность нашего сельского
хозяйства, снизить себестоимость продукции и в конечном счете повысить эффективность
всего производства [2].
2.1.4. Производительность биогазовой установки
Мы приводим пример сравнительных средних показателей при эксплуатации биогазо-
вого оборудования, перерабатывающего органические материалы в реакторе, массой 12,5
тонн в сутки. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку
при использовании биогаза снижаются затраты предприятия на покупку дорогого природно-
го газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Экономические показатели показаны в
таблице1[9].
Вид топлива
Выход в час
Выход за год
Биогаз
72 м
3
630.000
Жидкие биоудобрения
0,4 м
3
3.525
Таблица 1.Выход биогазаиз органических материалов.
Получаемые из этой массы органического вещества(12,5 тонн) 72м
3
биогаза равно-
сильны использованию (см.таблицу 2):
47 л
дизельного топлива
43
м
3
природного горючего газа
34,5 л
бензина
Таблица 2. Сравнение биогаза и других энергоносителей
Достарыңызбен бөлісу: |
