バイオガス技術。スキーム、説明

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バイオエネルギーのインスタレーション。バイオガス技術。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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バイオガス生産の基礎である発酵は、最終製品をもたらします：メタンCH₄ （55-65％）、二酸化炭素CO₂ （30-35％）、水素H₂ (3 ～ 5%)、少量の硫化水素とアンモニア中。基本的に、発酵は、加水分解、酸味、メタン発酵という XNUMX つの生物学的プロセスを組み合わせたものです。

藁ふんからのバイオガスの生産量は、牛 1 頭あたり約 1,8 ～ XNUMX m/日です。

バイオガスの平均発熱量は20〜23MJm3です。

バイオガスに加えて、家畜や家禽の排泄物の嫌気性消化により、病原性微生物叢、蠕虫の卵、雑草の種子、亜硝酸塩や硝酸塩、特定の糞便臭を含まない、価値のある環境に優しい肥料が生成されます。

農産業複合体の動物排泄物、養鶏、加工企業を利用したバイオガス生産の可能性は非常に高いです。

都市固形廃棄物（MSW）からのバイオガス生産

ここ数十年における世界中での消費量の急激な増加により、都市固形廃棄物（MSW）の発生量が大幅に増加しました。世界中の MSW 処分の主な方法の XNUMX つは、依然として地表近くの地質環境への埋設です。このような条件下では、廃棄物は激しい生化学的分解を受け、特に埋立地ガス（LFG）の発生を引き起こします。自然環境に流入する SG 排出物は、地域的および地球規模の自然の両方に悪影響を及ぼします。このため、世界の多くの先進国では、SG 排出を最小限に抑えるために特別な対策が講じられています。これは実際に、埋め立てガスの抽出と利用を含む世界産業の独立した分野の出現につながりました。

この問題を解決する主な手段がSGの抽出・利用技術です。埋め立て地での埋め立てガスの抽出には、次の概略図が使用されます。垂直ガス排水井のネットワークがガスパイプラインラインで接続され、コンプレッサーユニットがSGを使用場所に輸送するために必要な真空を作り出します（図5.2）。 XNUMX)。収集および処分のための設備は、埋立地の外側に特別に用意された場所に設置されます。

バイオエネルギー設備。バイオガス技術
図5.2。バイオガスの生産と利用のためのプラントのブロック図

垂直井戸は、MSW 埋立地で SG を抽出するために使用されます。通常、それらはダンプ本体の領域上に均等に配置され、隣接する井戸の間は50〜100 mの段差があります。直径は200～600mmの範囲で変動し、深さはダンプ本体の厚さによって決まり、数十メートルになる場合もあります。井戸の掘削には、従来の掘削設備と専用の掘削設備を併用することで、大口径の井戸の建設が可能です。同時に、特定の機器の選択は経済的な理由によって決定されます。

各ウェルは特定の固形廃棄物ブロックを排出し、条件付きで円柱の形状を持ちます。坑井の流量が新たに形成される SG の体積を超えなければ、坑井操業の安定性が確保されます。 MSW の既存の地層のガス生産性の評価は、予備的なフィールドガス地球化学研究の過程で実行されます。

ガス排水システムの建設は、固形廃棄物埋立地の運営終了後にその区域全体で行うことも、積み込みの順序に従って埋立地の個々のセクションで行うこともできます。同時に、厚さ 10 m 以上の埋め立て地が SG の抽出に適していることを考慮する必要があります。また、SG 収集システムの建設が計画されている固形廃棄物埋立地の領域を埋め立てる、つまり少なくとも 30 ～ 40 cm の土壌層で覆うことが望ましい。

平均して、ガスの発生はダンプ本体内で 10 ～ 50 年以内に終了しますが、比ガス出力は 120 ～ 200 立方メートルです。 MSW XNUMX トンあたりの m。ガス生産性とプロセス速度の大きな変動は、特定の埋め立て地に蔓延する環境条件によって決まります。生物変換を制御するパラメータには、湿度、温度、pH、有機画分の組成などがあります。

下水廃棄物からのバイオガスの生産 (WWW)

20 年以上にわたり、西ヨーロッパ諸国は下水処理施設からの廃棄物処理問題の実際的な解決に積極的に取り組んできました。

一般的な廃棄物処理技術の 10 つは、農業における肥料としての使用です。 WWS 総額に占める割合はギリシャの 58% からフランスの 36,5% まであり、平均は 1995% です。この種の廃棄物処理は普及しているにもかかわらず、農家が畑に有害物質が蓄積することを懸念しているため、その魅力は失われつつある。現在、多くの国で農業における廃棄物の使用が禁止されており、例えばオランダでは XNUMX 年以来禁止されている。

廃棄物処理量の第 10,8 位は焼却排水処理（40%）です。将来の予測によれば、この方法はコストが比較的高いにもかかわらず、そのシェアは XNUMX% に増加すると予想されます。ボイラーでスラッジを焼却すると、スラッジの保管に伴う環境問題が解決され、燃焼中に追加のエネルギーが得られ、その結果、燃料およびエネルギー資源の必要性と投資が削減されます。半液体廃棄物は、石炭などの化石燃料への添加剤として火力発電所でエネルギーを生成するために使用することをお勧めします。

廃水処理の焼却には、最も一般的な西洋技術が XNUMX つあります。

分離燃焼（液体流動床（FLB）および多段炉での燃焼）。
混焼（既存の石炭火力CHPプラントまたはセメントおよびアスファルトプラント）。

分離燃焼方法の中で、液層技術の使用が一般的であり、LCS を備えた炉の運転が最も成功しています。この技術により、ミネラル成分を多く含む燃料を安定して燃焼させることができるほか、燃焼中に燃料灰に含まれる石灰石やアルカリ土類金属と結合させて排ガス中の硫黄酸化物の含有量を低減することができます。

廃水処理の環境側面

CHPP で燃焼される WWS、黒炭および褐炭の化学組成を比較すると、WWS と褐炭の元素組成がわずかに異なることがわかります。 WWS (水分 6,2%) の炭素含有量は、硬炭 (水分 24,5%) より 12% 少なく、褐炭 (水分 5%) より 39% 少ないです。石炭中の硫黄の割合は、石炭と比較してわずか 0,2%、褐色と比較して 0,4% だけ比重を超えています。 WWS の窒素含有量は硬炭に匹敵し、褐炭より 2% 高くなります。乾物で比較すると、WS の炭素含有量は 30% 近く減少し、硫黄と窒素はほとんど変化しません。

WWS灰の化学組成と特性により、建築用道路材（粒径1mm以上）として使用できるだけでなく、セメントへの添加剤やダンプの充填材としても使用できます。

廃棄物処理の可能なオプション

下水汚泥の処理には、ロシアやヨーロッパの経験に基づいて開発された実用化されていない新しい非伝統的な技術と、完成した「ターンキー」技術の両方に基づいて、XNUMX つの代替オプションがあります。

処理施設のドラム乾燥炉をベースにしたサイクロン炉での焼却（ロシアの技術 - 「Techenergokhimprom」、ベルツク）。
処理施設のドラムボイラーをベースにしたサイクロン炉での焼却（ロシアの技術 - ノボシビルスクの「シブテクネルゴ」およびバルナウルの「ビスケネルゴマシュ」）。
新しいタイプの多段炉での個別燃焼（西洋技術 - 「NESA」、ベルギー）。
新しいタイプの流動床炉での個別燃焼（西洋技術 - 「Segher」ベルギー）。
新しいサイクロン炉での個別燃焼（西洋技術 - ドイツのシュタインミュラー社）。
既存の石炭火力CHPプラントでの同時燃焼。

養鶏場や畜産場の廃棄物からバイオガスを得る

さまざまな起源の再生可能なバイオマス資源が毎年大量に蓄積されるか、非効率的に使用されます。

バイオマスの効率的な利用は、木材チップ、練炭、ガス燃料、液体燃料の形で燃料を生産するための適切な技術と設備を導入することで可能になります。

このレビューで蓄積された実験資料は、バイオマスの広範な利用を支持するものです。

バイオマスは、さまざまな種類の燃料の中で世界で4番目にランクされています。
バイオマスは一次燃料およびエネルギー資源の 14% を占め、発展途上国では最大 35% を占めます。
バイオマスは燃料として使用するとより環境に優しく、硫黄化合物や二酸化炭素の排出量が少なくなります。₂ 大気中;
バイオマスで稼働する発電所の回収期間は 2 ～ 4 年を超えません。

しかし、バイオマスの直接燃焼とその嫌気性消化に関するいくつかの研究作業が現在進行中です。

林業および農業廃棄物からのバイオガス生産

エネルギー分野における林業廃棄物と農業廃棄物の利用を最大限に高めるために、酸素（空気）を使用せずに、必要な生成物の放出速度が最大となる温度まで高速加熱する分解プロセスが開発されました。エネルギーと環境問題を解決するために設計されています。

高速熱分解プロセスのパラメーター、放出される生成物の組成と量は、原料の種類ごとに事前に指定されます。設備は原材料の種類ごとに開発されています。最高処理温度は、凝縮相中の物質の存在温度によって決まります。

物質の高速加熱により、環境へのエネルギー損失が最小限に抑えられます。生成物を気相に放出する化学プロセスの最大速度。水分の最大濃度とその使用法。物質の加熱速度は、処理された塊の中で起こる物理化学的プロセスの速度を超えなければなりません。液体燃料の収率は、原料の有機質量の 70% です。たとえば、1 トンのおがくずから 700 リットルの液体燃料が得られます。

無機成分と化学修飾生成物（石炭状残留物）が固相に残ります。炭素状残留物の量はリグニン含有量によって決まり、他の処理方法で得られる残留物の量よりも常に少なくなります。

液体燃料の主成分を得るために、気相が凝縮されます（プロセス中に形成される低分子量生成物は凝縮されません）。気相は、凝縮後または凝縮せずに直接焼却に送ることができます。通常、燃料の主成分の燃焼熱（発熱量）は、この種の乾燥燃料の発熱量よりも大きくなります。したがって、木材の発熱量は 4500 kcal/kg、液体燃料の燃焼熱は 5500 kcal/kg となります。液体燃料は、内燃機関のモーター燃料として使用できます。

この施設は電気、または加工品や原材料の燃焼によって動力を供給されます。

このプロセスの利点: 加工製品の高速かつ高度な変換。設置の本体の寸法が小さい。加工製品単位あたりのエネルギー消費量が少ない。反応生成物から得られるエネルギーのコストが低い。

2日当たり2,5トンの加工原料を処理できる設備のコストは2万ルーブルである。 1,4トンのおがくずを処理すると、500トンの液体燃料が得られます。年間生産量は液体燃料 0,1 トン、価格は 50 米ドル/リットル、年間売上高は 3 万米ドル、回収期間は XNUMX 年です。

著者：マゴメドフA.M.

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