Классификация и обзор существующих биогазовых установок Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

© Кобякова Е.Н.*

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,

г. Якутск

В работе приведен обзор существующей классификации биогазовых установок и приведен анализ положительных и отрицательных качеств по каждому виду классификации. Рассмотрены организаций занимающиеся разработкой и созданием биогазовых установок в России и приведены технические характеристики малых биогазовых установок и проанализированы конструктивные характеристики некоторых биогазовых установок применяемых в фермерских хозяйствах.

Введение

Биогаз - смесь метана и углекислого газа - продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения, осуществляемого специфическим природным биоценозом анаэробных бактерий различных физиологических групп [1].

Ежегодное количество органических отходов в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации составляет 250 млн. тонн из них 150 млн. тонн приходится животноводство и птицеводство, 100 млн. тонн на растениеводство в пересчете на абсолютно сухое вещество. Технологии утилизации отходов животноводства существует тысячи лет. Концентрация огромного количества сельскохозяйственных животных и птицы на ограниченных площадях в современных условиях требует применения промышленных технологий утилизации отходов с получением товарной продукции [2].

В настоящее время одной из основных проблем цивилизации является истощение и нехватка ископаемых энергетических ресурсов, обусловленная интенсивной эксплуатацией месторождений невозобновляемых источников энергии. В свете этого необходимость перехода энергетики на возобновляемое сырье, использование продуктов жизнедеятельности живых организмов и их биомассы является очевидной. Все это привело к появлению значительного количества исследований имеющих тематику переработки биомассы с целью получения горючего биогаза.

К настоящему времени в мире разработаны и применяются биогазовые технологии, основанных на использовании различных вариаций температурного режима, влажности, состава перерабатываемой массы, длительности протекания биореакций, а также разработаны различные виды биогазовых установок.

* Старший преподаватель кафедры Эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса.

Классификация

Согласно литературных данных [3-6], в настоящее время можно выделить следующую классификацию биогазовой технологии:

1. По температурному режиму получения газа:

- психрофильный температурный режим (0^25 °С);

- мезофильный температурный режим (25^40 °С);

- термофильный температурный режим (40^60 °С);

2. По влажности перерабатываемого субстрата:

- твердофазная метангенерацию;

- ферментация жидких органических отходов;

- ферментация «супержидких» органических отходов;

Одной из основных и обширных классификаций биогазовой технологии является классификация по конструктивно-технологическому признаку. Данная классификация позволяет классифицировать биогазовые установки по следующему ряду признаков:

1. По объему биореактора

- малой мощности (5-20 м3, например, фермерские хозяйства);

- средней мощности (200-1000 м3, например, животноводческие комплексы);

- большой мощности (1000-10000 м3, например, промышленные заводы).

2. По разделению брожения на стадии (зоны брожения):

а) без разделения на стадии;

б) двухстадийные;

в) трехстадийные.

3. По форме реактора:

- яйцевидные (овальная);

- цилиндрические (с конусом вверх; вниз; с обеих сторон);

- шаровидные;

- в виде траншеи.

В настоящее время более распространенными в малых предприятиях и сельских хозяйствах являются одноступенчатые установки. Формы конструкции метантенка и вид его установки относительно горизонта имеет свои недостатки и положительные стороны. Исходя из этого, были рассмотрены и проанализированы основные недостатки и достоинства различных конструкций одноступенчатых метантенков. Полученные результаты можно увидеть в табл. 1.

4. По типу перемешивания:

- механическое;

- гидравлическое;

- барботирование;

- отсутствие перемешивания.

Таблица 1

Достоинства и недостатки одноступенчатых биогазовых установок в зависимости от формы конструкции и его расположения относительно горизонта

Вид Недостатки Достоинства

Горизонтальная установка - занимает большую площадь; - ограниченность объема до 1000 м3 - к объему сырья приходится большая площадь поверхности - удобство в эксплуатации - возможность применения мощных и надежных мешалок - возможность наибольшей загрузки - удобство разрушения корки.

Вертикальная установка - используется в основном для больших станций - высокие требования к смесительной технике - компактность - неограниченность объема

Наклонная установка - не имеет определенного времени пребывания массы в реакторе - подземное расположение камеры сбраживания ухудшает теплотехнические показатели. - наклонное расположение облегчает сте-кание шлама к выгрузному отверстию, лучше заполнение, перемешивание.

Цилиндрическая форма - худшие условия для перемешивания - образование трещин в углах - простая технология изготовления - к объему сырья приходится маленькая площадь поверхности

Цилиндрическо-ко-ническая форма - сложность конструкции - простая технология изготовления - оптимальная форма для разрушения корки при перемешивании - обеспечивает удаление сверху корки, снизу - отстоявшегося субстрата (шлама)

Овальная форма - сложность конструкции - высокая стоимость изготовления - наилучшие условия для перемешивания и отвода осадков, разрушения плавающей корки.

5. По способу подогрева:

- водонагревательный котел;

- обмотка установки нагревательными элементами снаружи;

- электрический обогрев нагревательными элементами внутри установки.

6. По конструкции биореактора и газгольдера:

- раздельные;

- совмещенные.

Характеристики биогазовых установок

В настоящее время в России действуют несколько организаций, которые занимаются разработкой и созданием биогазовых установок. К данным организациям можно отнести следующие: ОАО «Региональный Центр Биотехнологий»; ЗАО «Центр «ЭкоРос» (г.Москва); АО «Стройтехника» - Тульский завод; ООО «ЭКОТЕХ-МОСКВА» совместно с ГНУ ВИЭСХ (Москва); ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» (г Хабаровск); ООО «Транс-фин» (г Рыбинск); АО «Стройтехника и другие. В табл. 2 приведены основ-

ные технические характеристики биогазовых установок производимых вышеуказанными фирмами. Исходя из того, что основная часть сельскохозяйственных животных находится на содержании у малых и средних фермерских хозяйств, исходя из классификации, рассмотрены установки малой мощности.

Таблица 2

Технические характеристики биогазовых установок, разработанных российским рынком для малых и средних фермерских хозяйств

№ Наименование установки Производитель Количество и объем реакторов, м3 Производительность по исходному навозу или помету, т/сутки Общий выход биогаза, м3/сутки

1 БГУ-2,0 ГНУ ВИЭСХ 1 х 2,0 0,1 1,5

2 БГУ-25 ГНУ ВИЭСХ 1 х 25 1,5 20

3 БЭУ-10 ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» 1 х 10 1 22-30

4 БЭУ-2,5-2 ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» 1 х 2,5 0,25-0,5 6-8

5 БЭУ-5 ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» 1 х 5 0,5-1 11-15

6 БЭУ-7,5 ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» 1 х 7,5 0,75-1,5 16-22

7 «БИОЭН-1» АО «Стройтехника - Тульский завод» 2 х 5,5 0,5-1 до 40,0

8 «КУБ-1» АО «Стройтехника - Тульский завод» 1 х 2,2 0,05-0,2 3-12

9 ИБГУ-1 АО Центр «ЭкоРос», АО «Стройтехника -Тульский завод», АО «Юргинский машиностроительный завод», АО «Заволжский авторемонтный завод», «Кузполимермаш» 1 х 2,2 0,05-0,2 3-12

10 БЭУ ООО «СпецЭнергоСнаб» Фактор ЛТД 5 1 20

11 БЭУ ООО «СпецЭнергоСнаб» Фактор ЛТД 10 2 40

12 БУГ-1 Ассоциация предприятий БМП 6 0,6 От 6

13 БУГ-М БУК-МР Ассоциация предприятий БМП 1 0,1 От 1

Заключение

Биогаз, как возобновляемый источник энергии в настоящее время находит применение на топливном рынке, начиная конкуренцию с газовым топливом. Очевидно, что в последние годы в России активно начата разработка биогазовых установок, которые могли бы вырабатывать высокое количество газа, и отвечали бы современным требованиям мира. При выборе биогазовой установки для переработки сельскохозяйственных отходов с получением энергии, удобрений и кормовой добавки следует учитывать ряд конструктивных факторов согласно классификации и в зависимости от определенных требований применить в хозяйстве правильно подобранную установку, которая могла бы не только улучшить экологическую обстановку утилизацией и обеззараживанием отходов, но и принести дополнительный экономический доход.

Список литературы:

1. Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации / Российское энергетическое агентство. - 2012.

2. Альтернативная энергетика [Электронный ресурс]. - М., 2008. - Режим доступа: http://www.medianapm.ru/biogaz.htm.

3. Веденев А.Г., Веденеева Т.А. Биогазовые технологии в Кыргызской Республике. - Бишкек: Типография «Евро», 2006. - 90 с.

4. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки: практическое пособие [Электронный ресурс]. - 1996. - Режим доступа: http://zoigbiogas.ru/upload/pdf/ Biogas_plants_Practics.pdf.

5. Гюнтер Л.Л., Гольдфарб Л.Л. Метантенки. - М.: Стройиздат, 1991. -128 с.

6. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. - М.: Колос, 1982. - 148 с.