Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

В некоторых случаях выход газа чрезмерный, тогда его запасают в газгольдерах — для использования в период его недостаточного количества. При грамотной организации процесса газа может быть слишком много, тогда его излишки можно продавать. Еще один источник дохода — перебродившие остатки. Это высокоэффективное и безопасное удобрение — в процессе сбраживания погибает большинство микроорганизмов, семена растений теряют свою всхожесть, яйца паразитов становятся нежизнеспособными. Вывоз на поля таких удобрений положительно влияет на урожайность.

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

  • Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от 5°C до 20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
  • Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от 30°C до 40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
  • Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от 50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки.

Сводный рейтинг, особенности, достоинства и недостатки фильтров биогазоочистки

Постройка биогазовой установки - способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Схема установки для переработки навоза в биогаз

Схема установки для переработки навоза в биогаз

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными.

Простейшая биогазовая установка из пластиковой бочки

Простейшая биогазовая установка из пластиковой бочки

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

  • Надземной.
  • Полузаглубленной.
  • Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Современные процессы многоступенчатого сбраживания биомассы подразумевают гарантированное присутствие в биогазе побочных включений. Даже правильно подготовленное биосырье после разложения бактериями содержит значительные примеси влаги, углекислого газа и сероводорода, а иногда и аммиака, азота и некоторых других элементов и соединений, чье нахождение в биогазе, в разрезе его последующего использования в качестве топлива, нежелательно.

Конечно же, с точки зрения эффективности использования биометана не все поллютанты оказывают одинаковое негативное влияние.

Установка по обогащению биогазовой смеси (адсорбционные модули)

Поэтому, когда говорят о фильтрах для биологического газа, в виду имеется удаление из биометана – прежде всего – сернистого водорода, оказывающего максимально разрушительное воздействие на любые металлические / стальные машины и конструкции.

Мы уже не раз рассматривали методы и технологии для удаления сероводорода из газовых смесей и воздуха, но в рамках данной страницы следует коснуться извлечения H2S именно из биологического газа, поскольку такие процедуры имеют некоторые физико-химические особенности.

Одним из наиболее простых, удобных, доступных и действенных способов нейтрализации сероводорода является его обработка щелочами – процедура, принципы которой были определены еще в 20-ых годах прошлого года инженерами американской компании Koppers Company.

Как выяснилось позже, сероводород хорошо реагирует и с другими основными соединениями, что и легло в основу щелочной абсорбции H2S.

Очистка биогаза от сероводорода, аммиака, фенола, толуола и оксида азота, принципы, методы и оборудование для биогазоочистки — ПЗГО

Что касается конструкционного исполнения мокрого фильтра для извлечения сульфида водорода из биогаза, то она представляет собой автоматизированную систему, где реализуется реакция кисло-щелочной нейтрализации.

Фото абсорбционной системы производства ООО «ПЗГО». Через прозрачные люки видны насадочные тела, на поверхности которых образуется активная микропленка, задерживающая примеси

Среди неоспоримых плюсов фильтрующих систем хемосрбционного типа следует отметить:

  • простота монтажа и внедрения, полная автоматизация и бесперебойность работы;
  • помимо десульфуризации – поглощение углекислого газа и других активных поллютантов;
  • отсутствие потребности в «экзотических» реагентах;
  • низкое электропотребление, низкие значения рабочих давлений установок;
  • при определенных условиях – возможность генерации ценных шламов / пульп / прекурсоров сельхозудобрений;
  • высокая экономическая доступность оборудования, надежность и долговечность.

Пожалуйста, узнайте подробнее об особенностях и принципах работы биогазовых абсорберов.

Одно из индивидуальных исполнений мокросорбционной установки от ООО “ПЗГО”

В эту же главу следует отнести и аминовое обессеривание / подслащение биогаза. Впрочем, по причине того, что большинство БГУ сегодня используется «на местах» – для выработки небольших объемов метана на нужды сельхозобъектов – имплементация сложных многоступенчатых аминофильтров для удаления H2S из биогазовой смеси редко бывает рациональным.

Высокая сорбционная емкость некоторых веществ известна давно, и развитие химии и физики лишь подтвердило, что многие натуральные минералы демонстрируют отличные показатели в улавливании серосодержащих газов.

Взяв лучшее от природы, ученые в 20-ом веке научились создавать модифицированные / активированные адсорбенты, которые – вкупе с выверенной конструкцией адсорбционного фильтра – показывают 100% КПД в задержании практически любых ядовитых или технологически неприемлемых газов, (среди которых и сероводород).

ООО «ПЗГО» предлагает к проектированию надежные, компактные и высокопроизводительные адсорберы с увеличенным межрегенерационным периодом. Изготовленные по собственным уникальным патентам, агрегаты показывают абсолютную степень захвата требуемых поллютантов.

Очистка биогаза от сероводорода, аммиака, фенола, толуола и оксида азота, принципы, методы и оборудование для биогазоочистки — ПЗГО

Учитывая необходимость периодической регенерации, потребность в которой возникает как результат оседания элементарной серы на поверхностном слое фильтра, мы создаем парные адсорберные системы – в каждый момент времени один аппарат работает, а другой находится в режиме десорбции / замены адсорбента. Такое решение позволяет осуществлять газоочистку биометана в бесперебойном режиме.

Предлагаем ознакомиться  Зимняя рыбалка с мормышкой - ловля на мормышку зимой

Механизм работы адсорбирующего субстрата состоит в отделении молекулы серы от молекул водорода. Не вдаваясь в квантово-механические аспекты взаимодействия, отметим лишь, что эффективный захват поллютанта достигается за счет правильной «активации» адсорбирующего материала, т.е. за счет раскрытия микропор, сопоставимых по размеру с захватываемыми частицами.

Чертеж двухадсорберной системы

Визаулизированная трехмерная схема сухой установки для очищения биометана от H2S (желтым показан теплообменный блок для предварительного обезвоживания смеси)

Адсорбционный метод захвата сернистого водорода позволяет экстрагировать из газопотока элементарную серу, доступную к последующей утилизации или использования в создании полезных удобрений / химагентов.

Важной особенностью фильтрования биометановой смеси в адсорбционных блоках является требование к влажности потока, которая не должна превышать 70%.

Если необходимо, мы готовы докомплектовать свои установки компактными и эффективными осушителями биогаза холодильно-конденсационного типа.

Читайте подробнее об адсорберах и адсорбционной очистке биогаза.

Очистка биогаза от сероводорода, аммиака, фенола, толуола и оксида азота, принципы, методы и оборудование для биогазоочистки — ПЗГО

Для большей наглядности основные параметры и особенности хемосорбционных и физиосорбционных фильтров, (а также других подходов к обогащению биогаза), представлены в таблице.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Сколько можно получить биогаза из различных отходов

Сколько можно получить биогаза из различных отходов

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать смотеком

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

  • Она должна быть непроницаемой для воды и газов. Водонепроницаемость должна действовать в обе стороны: жидкость из биореактора не должна загрязнять почву, а подземные воды не должны изменять состояние сбраживаемой массы.
  • Биореактор должен обладать высокой прочностью. Он должен выдерживать массу полужидкого субстрата, давление газа внутри емкости, действующее снаружи давление грунта. В общем, при строительстве биореактора необходимо уделить особое внимание его прочности.
    Для домашнего использования и сезонного производства биотоплива (в теплое время года) в малых объемах подойдет пластиковый бак с крышкой

    Для домашнего использования и сезонного производства биотоплива (в теплое время года) в малых объемах подойдет пластиковый бак с крышкой

  • Удобство обслуживания. Более удобные в использовании цилиндрические емкости — горизонтальные или вертикальные. В них перемешивание можно организовать по всему объему, в них не образуется застойных зон. Прямоугольные емкости проще в реализации при строительстве своими руками, но в них в углах часто образуются трещины, там же застаивается субстрат. Перемешивать его по углам очень проблематично. 

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки ( в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала).  После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий).

Порода животных Объем экскрементов за сутки Исходная влажность
КРС 55 кг 86%
Свинья 4,5 кг 86%
Куры 0,17 кг 75%

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Загрузка и выгрузка

Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.

Схема биогазового реактора без пологрева

Схема биогазового реактора без пологрева

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

система обогащения биогаза

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Формы биореакторов и варианты расположения люков загрузки и разгрузки

Формы биореакторов и варианты расположения люков загрузки и разгрузки

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Биогазовая установка с мешалкой и подогревом

Биогазовая установка с мешалкой и подогревом

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Предлагаем ознакомиться  Сотовый или монолитный поликарбонат для теплицы

Сводный рейтинг, особенности, достоинства и недостатки фильтров биогазоочистки

Этапы подготовки биогаза, равно как и требования по необходимости проведения очистных процедур, зависят от целей использования топливной смеси.

Надежная, компактная и предельно экономичная система подготовки биометана, изготовленная на базе насадочных абсорбционных колонн – сделано в ООО “ПЗГО”

Чем в более тонких машинах планируется использовать биологический газ, тем строже требования к его сушке и очистке. Если же Заказчик намеревается использовать биогаз в качестве моторного или автомобильного топлива, метан должен пройти полную процедуру обогащения для максимального исключения нежелательных примесей из его состава.

В рамках цикла статей по очищению биометана мы детально рассматривали все современные подходы к десульфации биогаза, определяли их рациональность и эффективность.

схема абсорбера

Многоцелевая абсорберная система производства ООО “ПЗГО”. Индивидуальное исполнение. Загрузка в рабочий контур каустического абсорбента позволяет производить тонкую очистку газопотока от сероводорода и углекислого газа

Не погружаясь в глубины технологических аспектов, напомним об основных методах подготовки в таблице.

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Примерный состав биогаза

Примерный состав биогаза

  • метан — до 60%;
  • углекислый газ — 35%;
  • другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

чертеж адсорберной системы

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Фильтр для очистки биогаза от сероводорода

Фильтр для очистки биогаза от сероводорода

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Один из вариантов газгольдеров

Один из вариантов газгольдеров

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

  • перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
  • способствует высвобождению выработанного газа;
  • выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
  • поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Виды мешалок для биореакторов

Виды мешалок для биореакторов

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже 5°C они практически замирают.

Зависимость сроков переработки навоза в биогаз от температуры

Зависимость сроков переработки навоза в биогаз от температуры

компьютерная модель адсорбера

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — 60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Можно использовать и прямой подогрев - вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Предлагаем ознакомиться  Томат Джейн — описание и характеристика сорта

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Desulfovibrio vulgaris

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Для утепления биореакторов используют современные материалы

Для утепления биореакторов используют современные материалы

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, вспененный пенополиуретан. Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев.

Основные примеси биометана и их влияние на энергетическую инфраструктуру

В рамках цикла статей по подготовке биогаза мы в исключительных деталях рассмотрели удаление из биогаза углекислоты и влаги, поэтому данная страница в большей степени ориентирована на сорбционный захват сероводорода.

Компактная и высокопродуктивная абсорбционная система для комплексного обогащения биометана – сдалано в “ПЗГО”

В целом, сепарация H2S из биогаза прямо соотносится с удалением сернистого водорода из любой другой газовой среды, с тем отличием, что при обогащении биометана следует выбирать такие жидкие или твердые сорбенты, которые не реагировали бы с полезным продуктом – метаном.

Таким требованиям удовлетворяют несколько методов биогазовой десульфации – как мокрых, так и сухих. Коснемся чуть подробнее каждой методики.

Пожалуй, наиболее эффективным методом, с точки зрения комплексной очистки биогаза от H2S – и, одновременно, от диоксида углерода, оксида азота и некоторых других – является щелочная сорбция биогазовых примесей в насадочных скрубберах или пенных абсорберах. Водные растворы NaOH, KOH, Na2CO3 (и прочих основных соединений) демонстрируют высокую степень улавливания сероводорода и углекислоты.

Общая схема установки

На примере водного раствора едкого кали (KOH·H2O) взаимодействие с типичными загрязнителями можно выразить как:

  • 2KOH H2S → K2S (сульфид калия) 2H2O
  • 2KOH CO2 → K2CO3 (карбонат калия) H2O

Абсорбционный подход имеет еще одно преимущество, хорошо раскрывающееся на крупных фермерских хозяйствах: в зависимости от используемой щелочи можно в качестве побочного продукта газоочистки получать вещества, способные, после некоторой подготовки, выступить в роли сельхозудобрений / пестицидов / инсектицидов (или их прекурсоров).

Промывка метана водой позволяет задерживать не только аммиак, но и сероводород, а также другие, в том числе, микромеханические примеси. Эффективность захвата газов значительно увеличивается с повышением давления и уменьшением температуры сольвента.

Гидрофильтрация газа на примере насадочного абсорбера (демонстрация процессов, проходящих в рабочей камере аппарата)

Что же до диоксида азота, то и он – в присутствии кислорода воздуха – способен реагировать с щелочью, что часто используется в крупнопромышленных подходах к очистке газов или воздуха от окислов азота:

  • 4KOH 4NO2 O2 → 3KNO3 (нитрат калия – ценное удобрение) 2H2O

С щелочным раствором вступает в реакцию и фенол, в редких случаях образующийся в результате сбраживания биомассы:

  • C6H5OH KOH → C6H5OK (фенолят калия, в случае с NaOH на данном этапе образуется фенолят натрия) H2O

оборудование для фильтрации биогаза

С гидроксидом натрия может реагировать и толуол, образуя бензилнатрий:

  • NaOH C7H8→ C7H7Na (бензилнатрий) H2O

Впрочем, если в биометане присутствуют ощутимые количества фенола и / или толуола – лучше использовать метод сухого каталитического захвата в адсорбере. Эта рекомендация дается нами в силу того, что при щелочной хемосорбции толуола и / или фенола образуются вещества, требующие особого подхода к утилизации.

Основными загрязнителями биометана являются нижеследующие включения; их воздействие на моторную и газопередающую инфраструктуру наглядно представлено в таблице.

Поллютант Негативное воздействие
Сероводород Исключительная коррозийная активность, драматически повышающая механический износ двигателей и моторов любого типа. Ускоренное заржавление газоходов, воздуховодов, выхлопных труб. При сжигании – образование диоксида серы, оказывающего критическое влияние на биосферу прилегающего региона
Пары воды Снижение калорийности горения смеси и, как результат, снижение приведенного КПД БГУ. Без осушительной подготовки биометана его использование не рекомендуется в качестве моторного топлива
Углекислота Относительно инертный углекислый газ, не являющийся критичным «спутником» биологически продуцируемого газа, тем не менее, подлежит удалению в случае сброса метана в общегородские сети, (согласно ГОСТ). Вдобавок, его присутствие нежелательно в топливных смесях, используемых в ДВС
Аммиак, толуол, фенол, окислы азота Образование этих загрязнителей в ощутимых количествах, как правило, обуславливается ненадлежащей подготовкой биомассы или сигнализирует о нарушении технологии брожения. Наличие толуола, фенола, аммиака и диоксида азота приводит к повышенному образованию копоти в выбросах, что является недопустимым с точки зрения утилизации биометана в качестве моторного / автомобильного топлива
Кислород Избыток кислорода регламентируется нормативами ГОСТ и ISO на чистоту газового топлива для общегородских сетей. Деоксигенизация метана обычно проводится на золотых / платиновых / палладиевых катализаторах

Сухая адсорбция сероводорода на микропористых субстратах

Почти абсолютный КПД в улавливании сероводорода показывает адсорбционное оборудование, использующее в качестве фильтрующего субстрата твердые микропористые материалы.

Это могут быть гранулы, таблетки или пеллеты из цеолитов (природных и полусинтетических алюмосиликатов), активированного угля, гётита и других минералов, а также пористых металлизированных полимеров.

Чертеж двухадсорберной системы для обессеривания метана

Особенностью адсорбционного процесса – как в крупной промышленности, так и в рамках процедур по удалению сероводорода из биогаза – является требование по регенерации и периодической замене адсорбента, которые осуществляются по мере «напитывания» фильтра серой.

Способность микропористых фильтров удерживать серу доходит – в массовой доле – до 25%, поэтому при средних и малых объемах газоочистки, адсорбент может эффективно работать без перезагрузки до нескольких месяцев.

Трехмерная схема, (желтым цветом выделена осушающая подсистема, изготовленная на базе кожухотрубчатого теплообменника)

Следует учитывать, что для эффективной адсорбции сернистого водорода метан должен быть обезвожен до {amp}lt; 70% влажности. Несоблюдение этого требования приводит к быстрому истощению сорбента.

Не менее результативными, но менее рациональными и более высокозатратными методами обессеривания биогаза являются следующие:

  • Мембранная очистка – в целом, технология коррелирует с адсорбционным захватом, но в мембранной очистке используется последовательный каскад молекулярных сит, каждое из которых улавливает определенный поллютант. При хорошем КПД очистки это, тем не менее, значительно сокращает общий межобслуживающий период системы и увеличивает количество регенерационных циклов;

  • Аминоочистка – использование аминов широко практикуется на крупных газоперерабатывающих заводах, но в биогазовом приложении такие системы могут оправдать себя лишь при высоких объемах газоочистки и строгом экономическом расчете;
  • Бактериальный захват сероводорода и аммиака – экзотические методики, находящиеся в зародышевом состоянии. Принцип задержания H

    2

    S и NH

    3

    основывается на использовании в качестве фильтра колоний глубоководных океанских

    сульфатредуцирующих

    и / или

    анаммокс-бактерий

    , способных на «природную» утилизацию токсичных газов.

Сульфатредуцирующая бактерия Desulfovibrio vulgaris, “питающаяся” сероводородом