Биогаз. Биогазовые установки

В дальнейшем эта технология была внедрена на двух ацетонобутиловых заводах. Каждый цех, перерабатывая  до 3000 м³ барды в сутки, производил до 30 тыс. м³ биогаза, который использовался как топливо в основном производстве и экономил до 25% природного газа.

Три критерия, определившие создание и развитие биогазовой промышленности в России (и ранее в СССР):

– разработка технологии и создание крупномасштабного производства витамина В-12 и биогаза;

– теория о биологическом  происхождении природного газа;

– огромная сырьевая база.

Идея была разработана  и просчитана в 1972-1973 гг. и воплотилась  в проект в 1979 г. Этот проект был поддержан  руководством СССР и в 1980 г. включен в программу Государственного Комитета СССР по науке и технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

По этой программе  в период с 1980 г. по 1990 г. было построено  три крупных биогазовых станции:

– г. Пярну бывшей Эстонской  ССР (свинокомплекс на 30 тыс. голов);

– совхоз «Огре» Рижского района бывшей Латвийской ССР (свинокомплекс  на 5 тыс. голов);

– колхоз «Большевик»  Нижнегорского района Крымской обл. (свинокомплекс на 24 тыс. голов).

Вне проекта, но при поддержке  государства, была построена опытно-промышленная биоэнергетическая станция на 50 тыс. голов птицы (Октябрьская птицефабрика, Истринский район, Московская обл.). Также  вне проекта силами завода Химического  машиностроения им. М.Фрунзе в г. Сумы была разработана и создана биогазовая установка «БИОГАЗ-1» на 3 тыс. голов свиней.

Развитие рыночной экономики  и появление новых форм собственности  в сельскохозяйственном производстве потребовали разработки высокорентабельных технологий и оборудования, работающих в любой климатической зоне и в любой российской глубинке, удаленной от централизованного энергообеспечения. Такие технологии и оборудование были созданы в 1992 г. ЗАО Центр «ЭкоРос»: индивидуальная биогазовая установка для крестьянской семьи (ИБГУ-1)и автономный биоэнергетический блок-модуль (мини-теплоэлектростанция - БИОЭН-1).

Установка ИБГУ-1 (рис. 1) перерабатывает до 200 кг отходов крупного рогатого скота и производит в сутки  до 10-12 м³ биогаза и до 200 л жидких удобрений.

Успешная эксплуатация ИБГУ-1 в разных районах России способствовала переходу к разработке и созданию более совершенных биогазовых установок  большей мощности с автономным энергообеспечением. Автономность этих установок может  быть достигнута при условии ежедневной переработки не менее 500 кг отходов с влажностью 85%.

Сравнительный анализ выхлопных  газов, полученных на работающем с номинальной  мощностью биогазбензоэлектрогенераторе при сжигании в нем последовательно  бензина и биогаза, показал, что  при сжигании биогаза содержание СО в 45 раз меньше, углеводородов в 30 раз меньше, оксидов азота в 1,5 раза меньше, чем при сжигании бензина.

Оптимальный расход биогаза  на производство 1 кВт·ч электрической  энергии (220 В, 50 Гц на биогазбензоэлектрогенераторе АБ-4Т/400-М2 (БГ)) составил 0,55-0,6 м³/ч.

Оптимальный расход биогаза  при эксплуатации газовой ИК-беспламенной горелки мощностью 5 кВт составил 0,8-1 м³/ч.

С 1992 по 2000 гг. было создано  и установлено 85 комплектов ИБГУ-1 (79 - в России, 4 - в Казахстане, 3 - в Беларуси). В 1997 г. создано совместное китайско-российское объединение по производству таких установок в Китае.

Более мощная «фермерская» система БИОЭН-1 перерабатывает до 1 тотходов в сутки и производит до 40 м³ биогаза, который используется для получения электрической (80 кВт·ч/сут.) или тепловой энергии (0,14 Гкал/сут.) и до 1 т жидких удобрений. Стоимость исходных отходов крупного рогатого скота в Московской области составляет 100-200 руб./т, а рыночная цена произведенных удобрений (по месту производства) - уже 9 тыс. руб./т (в 2007 г.). Расход удобрений на 1 га в зависимости от выращиваемых культур составляет 1 -3 т.

Собственные потребности  в энергии на поддержание термофильного (52-53 ОС) процесса составляют 30%. Срок эксплуатации модуля -не менее 10 лет.

Такая теплоэлектростанция  работает, например, при животноводческой ферме Агроплем-фирмы «Искра» (д. Поярково Солнечногорского района Московской области) (рис. 2).

Модуль БИОЭН-1 может  также собираться в батареи из 2-х, 3-х и 4-х комплектов для обработки отходов.

В настоящее время  эстафету по разработке новых биогазовых технологий и серийному производству биоэнергетических (биогазовых) систем ЗАО Центр «ЭкоРос» передало ЗАО  «Сигнал», которое начало производство автономных биоэнергетических установок (АБЕУ) (рис. 3) с объемом биореакторов-метантенков от 7 до 480 м3 и более с производством в год от 4 до 254 тыс. м3 биогаза и установочной электрической мощностью - от 0,83 до 54 кВт, тепловой - от 2,5 до 152 кВт.

 

 

 

Биогазовые технологии могут эффективно эксплуатироваться  в любом климатическом регионе  огромной России. Сама природа дает в руки человека инструмент, с одной стороны, для удержания баланса углекислоты на безопасном уровне («парниковый эффект»), с другой - для повышения урожая зеленой массы - источника энергии.

При интенсивном подъеме  сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий  объем производимых органических отходов может составить 675 млн. т (по сухому веществу), а потенциальное производство биогаза - 225 млрд. м³/год.

Высокая рентабельность отечественных биогазовых технологий обеспечивается одновременным производством  высокоэффективных органических удобрений, 1 т которых (по эффекту «на урожай») равноценна 70-80 т естественных отходов животноводства и птицеводства. Этим объясняется быстрая (1-2 года) окупаемость биогазовых установок и биотеплоэлектростанций.

Исследование современного АПК России, проведенное Институтом энергетической стратегии, показало, что до 50% производимой основной продукции приходится на индивидуальные крестьянские хозяйства. Поэтому развитие биогазовой промышленности должно идти по двум направлениям: создание крупных биоэнергетических станций и создание фермерских и крестьянских биогазовых установок.

Россия находится в  зоне рискованного земледелия и по климатическим условиям, и по характеристике большая часть почв - малоурожайные  подзолистые почвы, требующие постоянного  внесения органических удобрений. Поэтому в средних и северных регионах Европейской России, в земледельческих районах Сибири потребность в органических удобрениях будет постоянной и она будет определяющей в развитии биогазовых технологий. Использование таких технологий и созданного на их основе оборудования позволит в ближайшие годы: полностью решить в сельской местности проблему всех органических отходов, включая коммунальные стоки и ТБО, обустроить дома сельских жителей современными санитарно-гигиеническими системами европейского типа и оказать существенную помощь в решении проблем энергосбережения. 

 

 

 

 

Рис. 4. Схемы простейших биогазовых установок:

а). с пирамидальным куполом: 1 — яма для навоза; 2 — канавка-гидрозатвор; 3 — колокол для сбора газа; 4, 5 — патрубок для отвода газа; 6 — манометр;

б). устройство для отвода конденсата: 1 — трубопровод для отвода газа; 2 — U-образная труба для конденсата; 3 — конденсат;

в). с коническим куполом: 1 — яма для навоза; 2 — купол (колокол); 3 — расширенная часть патрубка; 4 — труба для отвода газа; 5 — канавка-гидрозатвор;

г, д, е, ж — схемы вариантов простейших установок: 1 — подача органических отходов; 2 — емкость для органических отходов; 3 — место сбора газа под куполом; 4 — патрубок для отвода газа; 5 — отвод ила; 6 — манометр; 7 — купол из полиэтиленовой пленки; 8 — водяной затвор; 9 — груз; 10 — цельносклеенный полиэтиленовый мешок.

3. Заключение

Россия ежегодно накапливает до 300 млн т в сухом эквиваленте  органических отходов: 250 млн т в  сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде бытового мусора. Эти отходы могут быть сырьём для производства биогаза. Потенциальный объём ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м³.

В США выращивается около 8,5 миллионов  коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей.

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч  энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

 

3.1 Список сырья

для производства биогаза, выход биогаза в метрах кубических на тонну сырья:

 
Навоз КРС - 60 
Навоз свиней - 65 
Птичий помет - 130 
Силос кукурузный - 400 
Свежая трава - 500 
Молочная сыворотка - 50 
Зерно - 560 
Фруктовый жом - 70 
Свекольный жом - 50 
Меласса - 430 
Свекольная ботва - 400 
Барда зерновая - 70 
Барда меласная - 50 
Пивная дробина - 160 
Жир - 1300 
Жир из жироловок - 250 
Отходы бойни - 300 
Корнеплодные овощи - 400 
Технический глицерин - 500 

 
Его можно: 
 
* использовать как природный газ; 
* накапливать, перекачивать; 
* сжигать для производства тепловой и электрической энергии; 
* использовать для заправки автомобилей. 
 
3.2 Себестоимость 
- по некоторым оценкам дешевле чем газа природного на 7 - 10 Евро за 1000 метров кубических. Из 1 м3 биогаза в когенераторе можно выработать 2 кВт*ч электроэнергии. 
 
3.3. Электричество 
- без перепадов, как в общественной сети. Для работы когенерационной установки биогаз очищается от серы и влаги. К тому же возможно использование тепла, как при сжигании биогаза напрямую так и способом охлаждения двигателя в когенерационной установке. 
 
Существуют системы очистки биогаза до биометана (90% - 95% метана) - аналог природного газа. На сегодняшний день существует множество заправочных станций предоставляющих такое топливо. Отходами производства биогаза являются - упомянутые сера и удобрения - остаточные вещества переработки отходов или другого биоматериала и углекислый газ. Все перечисленное является товаром и способно приносить доплнительную прибыль. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Список литературы: