Výroba bioplynu a syntézního plynu

V důsledku anaerobního rozkladu organické frakce odpadu vzniká bioplyn. Z celkového množství metanu, které se ročně dostane do atmosféry, vzniká 40–70 % v důsledku antropogenní činnosti, z toho více než 20 % pochází ze skládek pevných odpadů.

Odhaduje se, že z jedné tuny tuhého odpadu vznikne asi 200 m 3 bioplynu. Navíc během prvních 15-20 let se při rozkladu jedné tuny pevného odpadu uvolní až 7,5 m 3 bioplynu ročně. Následně intenzita uvolňování bioplynu prudce klesá.

Hlavní složky bioplynu, (%): metan 40-75 (obvykle 50-60), oxid uhličitý – 30-40, dusík – 5-15, kyslík – 0-2, sirovodík a další toxické sloučeniny – v malých množstvích .

Bioplyn má v závislosti na obsahu metanu výhřevnost 15 až 25 MJ/m 3 (3600-4800 kcal/m 3 ), což odpovídá 50 % výhřevnosti zemního plynu. V průměru je výhřevnost bioplynu 4200 kcal/m3.

Bioplyn je jedním z plynů, který vytváří „skleníkový efekt“ a ovlivňuje změnu klimatu na Zemi jako celku. „Úmluva o prevenci globální změny klimatu“ (ratifikovaná Ruskem v roce 1992) zavazuje zúčastněné země k minimalizaci emisí skleníkových plynů, jako je metan a oxid uhličitý do atmosféry (emise 1 m 3 metanu do atmosféry je ekvivalent emisí asi 25 m3 oxidu uhličitého do atmosféry). V tomto ohledu snížení emisí bioplynu do atmosféry nejen zlepšuje ekologickou situaci v okolí skládek pevného odpadu, ale také přispívá k plnění mezinárodních závazků Ruska.

Bioplyn je jednou z příčin požárů tuhého odpadu na skládkách a skládkách. Když vzduch obsahuje od 5 do 15 % metanu a 12 % kyslíku, vzniká výbušná směs.

Bioplyn má také negativní dopad na vegetační kryt, potlačuje vegetaci v oblastech sousedících se skládkami pevného odpadu (mechanismus vlivu je spojen s nasycením pórového prostoru půdy bioplynem a vytěsňováním kyslíku z něj).

Negativní vliv bioplynu na životní prostředí vedl k tomu, že ve většině vyspělých zemí jsou majitelé skládek ze zákona nuceni bránit jeho samovolnému šíření.

V tomto ohledu se v posledním desetiletí v zahraničí rozšířily technologie na výrobu a využití bioplynu. Například v Německu na začátku nového tisíciletí činila produkce bioplynu na skládkách pevného odpadu asi 35 milionů m 3 /rok, což umožňuje získat 140 milionů kWh elektřiny ročně a ušetřit 14 tisíc tun ropy za rok. rok.

Na ruských skládkách a skládkách se bioplyn prakticky nesbírá. První kroky tímto směrem podnikla společnost Geopolis, která společně s firmou Grontmay (Nizozemsko) vybudovala zařízení pro sběr bioplynu na dvou skládkách pevného odpadu u Moskvy (v Mytišči a Serpuchově). Na každé z těchto skládek, které jsou pro moskevskou oblast zcela typické (plocha – 5-7 ha, průměrná tloušťka odpadu – 10-12 m), vzniká 600-800 m 3 bioplynu za hodinu.

Ke sběru bioplynu slouží vertikální vrty, plynovody a kompresorové stanice pro dodávku plynu do motorgenerátorů (při využití bioplynu k výrobě elektřiny). Kompresor vytváří potřebný podtlak pro sběr bioplynu a jeho dopravu plynovodem.

Na Obr. Obrázek 3.9 ukazuje blokové schéma výroby a využití bioplynu realizované v moskevské oblasti.

Rýže. 3.9. Blokové schéma výroby a využití bioplynu

Rýže. 3.10. Celkový pohled na studnu na výrobu bioplynu

V ruských podmínkách je, jak ukázala praxe, nejvhodnější vrtné vrtání vrtů o průměru 250-300 mm (pro srovnání ve Švédsku se praktikuje vrtání vrtů o průměru 150-200 mm).

Podle evropských údajů je výtěžnost bioplynu z vrtané studny hluboké 10 m obvykle 10-20 m 3 /hod. Stabilní provoz studny je zajištěn, pokud její průtok nepřekročí objem nově vzniklého bioplynu. Odhaduje se, že k zajištění el

MW vyžaduje 15-20 vrtaných plynových vrtů v tělese skládky. Regulace výstupu bioplynu ze skládky se provádí úpravou otáček kompresoru.

Vzdálenost mezi plynovými vrty v místě sběru bioplynu je obvykle 50-60 m Při optimálním počtu plynových vrtů na skládce a zhutnění svahů skládky je těžba bioplynu až 80 % jejího vyrobeného objemu. Pokud je bioplyn shromažďován na tzv. biomapách s homogenním odpadem (evropské podmínky), výtěžnost bioplynu se zvyšuje na 90 %. Na Obr. Evil ukazuje celkový pohled na vrt na výrobu bioplynu na skládkách poblíž Moskvy.

Technika studny zahrnuje několik fází. V první fázi je do vrtu spuštěna perforovaná ocelová nebo plastová trubka, která se zespodu uhasí a v části ústí vrtu je opatřena přírubovým spojem. Poté se do mezikruží nasype porézní materiál (například štěrk) s hutněním vrstva po vrstvě do hloubky 3-4 m od ústí vrtu. V další fázi je postaven hliněný hrad, aby se zabránilo vnikání atmosférického vzduchu do studny. Poté začnou instalovat hlavu studny. Hlava je kovový válec vybavený uzávěry plynu pro nastavení průtoku vrtu a sledování složení bioplynu a také potrubí pro připojení vrtu k plynovodu.

Ve švédské praxi se k zajištění vrtů používají pažnicové trubky (obr. 3.11), které se po instalaci perforovaného plastového filtru částečně vyjmou z tělesa skládky. Spodní část pažnicové trubky o délce 3 m zůstává v úrovni 1,5-4,5 m pod úrovní terénu a nad horní částí filtru ve studni je vytvořen izolační povlak o výšce 4,5 m, který umožňuje vytvořit relativně velký podtlak kolem vrtu a zvýšení účinnosti sběru bioplynu . Podle švédské praxe vznikají při shromažďování bioplynu na stávajících skládkách provozní potíže a během prvních deseti let musí být některé plynové vrty a filtry obnoveny (destrukce potrubí v důsledku sedání přiváděného odpadu, ucpání filtračního potrubí). Uspořádání plynových vrtů v místě s vysokým zatížením ve Švédsku je znázorněno na Obr. 3.12.

Teplota vznikajícího bioplynu odpovídá tělesné teplotě skládky, která při anaerobním rozkladu organické frakce tuhého odpadu stoupá na 25-40°C. Vzhledem k tomu, že odpad se vyznačuje vysokou vlhkostí, je bioplyn nasycen vodní párou. Při poklesu teploty bioplynu na 10°C vzniká v plynovodním systému až 20 g/m 3 kondenzátu. Při instalaci 1 MW se denně vytvoří 100 litrů kondenzátu Tento kondenzát musí být odstraněn ze systému sběru bioplynu a odeslán k neutralizaci, protože jeho chemické složení je v mnoha ohledech podobné filtrátu. Sklon plynovodů v rámci skládky musí zajistit jímání kondenzátu (v souladu s evropskou praxí je sklon potrubí minimálně 20 %). Pro odstranění vlhkosti ze systému jsou instalovány odvody kondenzátu (ocelové nádrže s vodními uzávěry).

Rýže. 3.11. Výstavba plynových vrtů (evropská praxe)

Rýže. 3.12. Uspořádání plynových vrtů na místě s vysokým zatížením

Bioplyn vyrobený ze skládek se nejčastěji využívá k výrobě elektřiny. V ruských podmínkách lze z 1 m 3 bioplynu získat 1,5 kWh elektřiny. Bohužel velký energetický potenciál skládek není v současnosti využíván. Přitom ve většině vyspělých zemí je výroba elektřiny na bázi bioplynu stimulována státem prostřednictvím speciálních zákonů.

V USA a zemích EU tak existují zákony, které ukládají energetickým společnostem povinnost využívat netradiční zdroje energie a spotřebitelům nakupovat alternativní energii. Zároveň jsou normativně stanoveny náklady na alternativní energie, které jsou zpravidla 2-2,5krát vyšší než náklady na energii vyrobenou tradičními nosiči energie (zemní plyn, ropné produkty). V některých případech je elektřina vyrobená z bioplynu částečně nebo plně využívána pro potřeby podniku provozujícího skládku pevného odpadu.

Na rozdíl od mnoha evropských zemí je ve Švédsku tradiční formou využití bioplynu jeho spalování v plynových kotlích k výrobě tepelné energie. Plynové kotle jsou nejčastěji napojeny na místní systém dálkového vytápění. Švédsko má také zkušenosti s recyklací bioplynu pro kombinovanou výrobu elektrické a tepelné energie pomocí stacionárních plynových motorů.

V případech, kdy se vyskytnou potíže s využíváním bioplynu (např. z důvodu velké vzdálenosti od spotřebitele), je sebraný bioplyn spalován ve speciálních plynových hořácích. Spalování bioplynu by mělo být považováno za vynucené a přechodné opatření, které pomáhá snížit uvolňování bioplynu do atmosféry a pravděpodobnost vznícení pevného odpadu na skládkách.

V souladu s požadavky na monitorování skládky musí být prováděna systematická pozorování podzemních a povrchových vod, dnových sedimentů, vegetace a atmosférického vzduchu.

Skládka, která byla vyřazena z provozu, podléhá rekultivaci skládky.

Rekultivace se provádí po dokončení stabilizace uzavřených skládek, kdy zemina skládky dosáhne stabilního stavu. Po urovnání povrchu, položení plodné vrstvy a jejím urovnání se vysazují vytrvalé trávy, keře a stromy.

1 1 1 1 1 Hodnocení 0.00 [0 hlas(y)]

• Komentáře k článku
• VKontakte

Zemní a syntetický zemní plyn patří mezi hlavní světové zdroje energie. Moderní trendy ve vývoji teplárenského komplexu, klimatické změny a rostoucí ceny zemního plynu však vyžadují nové a alternativní zdroje energie. Věda nestojí na místě, často umožňuje využívat nestandardní způsoby získávání energie. V tomto článku se budeme zabývat perspektivami bioplynu a biosyntetického plynu získaného z biomasy a také jejich (bioplyn a bio-LPG) charakteristikami. Nejprve si ujasněme terminologii. Bioplyn je plyn získaný přírodními procesy, uměle „opakovaný“ v průmyslovém měřítku, zatímco biosyngas (syngas, syntézní plyn) je plyn získaný jako výsledek biochemických reakcí. Bioplyn a biosyntetický plyn jsou univerzální. Lze je využít k výrobě elektřiny, tepla a jako biopalivo (biometan). Surovinou pro bioplyn jsou organické odpady (komunální, průmyslové, zemědělské), čistírenské kaly, hnůj a hnojiva, dřevo, energetické plodiny, zemědělský odpad, siláž atd. anaerobní trávení. Dřevní biomasa, včetně uhlí, není pro tento konkrétní proces vhodná kvůli vysokému obsahu ligninu, polymeru přírodního původu, ale lze ji využít k výrobě biosyntetického plynu. termochemické zplyňování. Výroba bioplynu z organického odpadu anaerobní digescí je ekonomičtější ve srovnání s výrobou biosyntetického plynu zplyňováním. Přibližné náklady na sadu zařízení na výrobu bioplynu o objemu až 7500 nm 3 /h anaerobní digescí dosahují 5000 USD. K výrobě biometanu z biomasy (methanace) je zapotřebí dalších až 2600 USD za každý nm 3 /h. Výroba biosyngasu může stát až 20 USD za GJ. Pokud se zpracuje také na syntetický zemní plyn (SNG) (metan), kapitálová investice se zvýší o dalších 25 %. Tyto ceny jsou přibližné a platí pro rok 2013. V příštích 10-15 letech se může požadovaná investice do výroby zvýšit o 10-15%.

Výroba bioplynu z biomasy

Proces anaerobní digesce je mikrobiologický proces rozkladu biomasy v bioreaktorech za nepřítomnosti kyslíku, jehož výsledkem je tvorba bioplynu a vyhnilého kalu, který je následně využíván jako organické hnojivo. Tento proces se skládá z hydrolýzy, acidogeneze, acetogeneze a methanogeneze. V poslední fázi se tvoří metan. Hlavními ukazateli, které ovlivňují cenu výroby, jsou teplota trávení (mezofilní aerobní rozklad při 30-45ºC, termofilní aerobní rozklad při 50-60ºC), hodnota pH (pH 6,5-8), udržování stálého míchání pracovního prostředí, přítomnost biogenních látek (poměr organického uhlíku k dusíku 20-30), doba zdržení (až 20 dní nebo více v závislosti na teplotě), přítomnost toxických látek ve výchozím materiálu. K rozkladu může docházet také u látek s vysokou (koncentrace sušiny 5–15 %) a nízkou (více než 15 %) vlhkostí: první možnost vyžaduje méně investic, zatímco druhá možnost vyžaduje nižší provozní náklady a má vyšší produktivitu plynu na jednotku suroviny.

Bioplyn z rostlinných zbytků

Existuje i třetí, méně obvyklá možnost – výroba bioplynu z rostlinných zbytků, kdy dochází k tzv. pasivní (přirozené) anaerobní digesci. Využití této metody má omezení zejména v rozvojových zemích kvůli vysokému zatížení životního prostředí. Ale díky implementaci Kjótského protokolu a mechanismu čistého rozvoje* lze omezení zrušit. Srovnávací tabulka charakteristik bioplynu a zemního plynu

Tabulka poměrů některých druhů biomasy a objemu vyrobeného bioplynu

Výroba biosyngasu, mimo jiné z uhlí

Biosyntetický plyn se získává tepelným zplyňováním různé biomasy obsahující uhlík. Během procesu zplyňování dochází k tvorbě syntetického plynu, sloučenin vodíku a oxidů/oxidů uhlíku. Tato metoda je známá již dlouhou dobu: poprvé se začala používat na konci 1921. století, v Německu se hojně používala během druhé světové války a v roce 400 byl patentován první generátor plynu s fluidním ložem. V závislosti na poměru vodíku a oxidů uhlíku za působení katalyzátorů lze biosyngas využít jak pro průmyslové účely v různých chemických procesech, pro výrobu metanu a výrobu metanolu a čpavku, tak pro výrobu biopaliv, různých chemikálií a elektřiny. Proces zplyňování uhlí probíhá v reaktorech, kde proces pyrolýzy probíhá nejprve při teplotách nad 800°C. V důsledku toho se tvoří těkavé látky obsahující vodík, pryskyřice, fenolové a uhlovodíkové páry. Dále se zuhelnatělá látka zplyňuje při teplotě 1800-70°C za vzniku syntézního plynu s vysokým obsahem vodíku a uhlíku. Koeficient přeměny energie v důsledku zplyňování uhlí je 80-XNUMX%. Náklady na výrobu biosyngasu závisí na složení závodu, zda je součástí podniku vyrábějícího např. čpavek nebo pouze syntézní plyn, na požadavcích na jeho složení a komplexu zařízení. Souhrnná tabulka charakteristik syntetického zemního plynu a syntézního plynu z uhlí o výhřevnosti 20700 – 27300 kJ/kg

Biometan

Biometan se vyrábí z bioplynu a syntézního plynu metanací, který se používá v rozvodných sítích plynu nebo jako biopalivo. Tento proces zahrnuje odstraňování oxidů uhlíku ze vstupního plynu bohatého na vodík. Mezi technologie, které se k tomu používají, patří mokré čištění plynu, aminové praní, mechanické čištění organickými rozpouštědly a adsorpce pomocí tlakového cyklování. A kryogenní výrobní metody se používají ke zkapalnění metanu. Výroba biometanu začala v 80. letech 1984. století v jednom z největších průmyslových závodů, který se nachází v Severní Dakotě (USA) a funguje od roku XNUMX. Závěry Účelem této recenze nebyl detailní popis technické stránky procesu získávání bioplynu a syngasu, ale pouze exkurz do tohoto tématu z pohledu perspektiv využití těchto druhů paliv a jejich vlastností. Na základě analýzy můžeme s jistotou dojít k závěru, že maximální výrobní potenciál je zaznamenán právě pro výrobu biosyngasu, což již potvrzuje široká distribuce továren a podniků na jeho výrobu. *Závazky rozvinutých zemí a zemí s transformující se ekonomikou snížit emise skleníkových plynů do atmosféry Podle materiálů: Program analýzy systému energetických technologií: Výroba bioplynu a biosyngasu, Program analýzy systému energetických technologií: Výroba syngasu z uhlí