CC BY
0В.П. Друзьянова, канд. техн. наук, доц., druzyan@mail.ru Н.В. Петров, аспирант Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
г. Якутск
УДК 662.761:631.862(571.56)
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Приведен анализ методов очистки биогаза от сероводорода и углекислого газа. Отмечены перспективы очистки биогаза с помощью цеолита.
Рассмотрен экологический фактор использования биогаза по защите окружающей среды.
Ключевые слова: транспорт, очистка, цеолит, биогаз, эквивалентное топливо.
V.P. Druzyanova, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof. N.V. Petrov, P.G.
USING BIOGAS AS A FUEL IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES
The article dwells on methods analysis, biogas clearing from sulphureted hydrogen and carbon dioxide. Perspectives of using zeolite in biogas clearing are showed.
Protection of environment: an ecological factor of use of biogas on protection of environment is revealed. Prospects of biogas use are given in internal combustion engines in conditions of the Republic of Sakha (Yakutia).
Key words: transport, clearing, zeolite, biogas, equivalent fuel.
Лабораторная биогазовая заправочная станция
На территории Якутии в данное время имеется 297 труднодоступных населенных пунктов, где проживает 742500 тыс. чел. [1].
Труднодоступность заключается в том, что в большинстве случаев до них наземным путем можно доехать только по зимним дорогам. Весь необходимый ресурс - продукты, товары, топливо и.т.д., завозят зимой и не всегда в полном объеме. Поэтому в период распутицы - весной и осенью - остро встает вопрос нехватки ресурсов, в том числе и топливная проблема.
Одним из путей решения нехватки топлива, на наш взгляд, послужило бы внедрение биогазовой технологии утилизации сельскохозяйственных отходов. Как известно, в результате использования биогазовой технологии получаются качественное удобрение и сопутствующий продукт в виде биогаза. Биогаз можно напрямую сжигать в котлах отопления, когенерировать в электричество, а также заправлять им автотранспорт.
На кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» автодорожного факультета Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова запущена лабораторная биогазовая заправочная станция (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид лабораторной биогазовой заправочной станции: 1 - биогазовый реактор;
2 -водяной затвор; 3 - сепаратор; 4 - компрессор низкого давления КПП-230-24; 5 - рессивер;
компрессор высокого давления МСН-10
Технологическая схема процесса следующая:
1. Метантенк загружается сельскохозяйственным отходом, запускается в мезофиль-ном режиме.
2. С появлением биогаза, поддерживающего горение, начинается процесс выгрузки отработанного субстрата и загрузки свежей дозы отхода, т.е. устанавливается проточный режим работы биореактора.
3. Производимый биогаз накапливается в газгольдере, по достижении требуемого объема очищается от воды, сероводорода и др. вредных составляющих путем пропускания через специальный фильтр.
Для очистки биогаза нами разработан компактный фильтр. Он прост в изготовлении, материалы для него весьма доступны и недороги (рис. 2).
Рис. 2. Различные виды фильтров с наполнителями из: 1 - древесной стружки; 2 - активированного угля; 3 - металлической стружки; 4 - природного цеолита
В качестве основного фильтрующего элемента предлагаем использовать природный минерал цеолит, который добывается в Сунтарском улусе нашей республики.
В настоящее время путем экспериментальных исследований устанавливаются наиболее оптимальные параметры предлагаемого фильтра - диаметр и длина.
4. После очистки биогаз компрессором загружается в баллоны. В данном случае предлагается использовать бытовые компрессоры марки высокого давления МСН-5; МСН-10 и т.д.
Бытовые компрессоры высокого давления МСН предназначены для быстрой заправки баллонов автотранспорта природным газом (метаном) или биогазом с рабочим давлением заправляемой емкости 24,8 МПа. Монтаж компрессора заключается в размещении его на открытом пространстве (воздухе), в безопасном месте и подключении к биогазовой магистрали.
В наших экспериментах апробация проводится на компрессоре МСН-10, но, исходя из стоимости, частные хозяйства могут приобретать компрессор МСН-5.
5. Основным сдерживающим фактором широкого применения сжатого биогаза в качестве моторного топлива, как и компримированного природного газа, является применение цельнометаллических метановых баллонов, составляющих до 96 % веса топливной системы. Один баллон емкостью 40 л вмещает 8 м3 биогаза, и его хватает на 200 км. Но при этом вес баллона составит 100 кг, что ложится дополнительной нагрузкой на транспортное средство. Данную проблему можно решить путем использования металлопласти-ковых баллонов марки БА 100.20.327/1660. Один баллон весит 65 кг и вмещает 100 м3 биогаза, чего хватает на 550 км пробега. Таким образом, преимущества баллона Б А 100.20.327/1660 очевидны.
Следовательно, технологическая схема предлагаемой биогазовой автозаправочной станции будет иметь вид (рис. 3):
Рис.3. Схема общего вида лабораторной биогазовой заправочной станции: 1 - биогазовый реактор; 2 - водяной затвор; 3 - газгольдер; 4 - цеолитовый фильтр; 5 - компрессор низкого давления КПП-230-24; 6 - рессивер; 7 - компрессор высокого давления МСН-10;
8 - автомобиль
Капитальные вложения при сооружении биогазовой заправочной станции и экономическая эффективность от ее внедрения
Для организации технологического процесса биогазовой заправки необходимо приобретение специализированного оборудования. Затраты на изготовление биореакторов (метантенков) рабочим объемом 1 м3 при производстве на территории г. Якутска приведены в таблице 1 (цены приведены по состоянию на 01.05.2012 г. с учетом стоимости комплектующих в г. Якутске).
Таблица 1
Капитальные затраты на изготовление метантенка объемом в 1 м3
№ Наименование Стоимость единицы Количество Сумма, руб.
1 Стальной лист 3 сп 2мм 1*4 №70495 для биореактора, шт. 5 000 3 15 000
2 Терморегулятор АРТ -18-5Н 0-60 град, шт. 2 000 1 2 000
3 Ленточный электронагреватель 0,46 кВт 2 780 1 2 780
4 Электрод МР-3, кг - 5 250
5 Краска антикоррозионная, шт. 500 2 1 000
6 Вентиль шаровый Б50 (1 шт. - 2,51 кг) 570 2 1 140
7 Вентиль шаровый Б15 80 1 80
8 Сгон Б50 200 2 400
9 Сгон Б15 50 1 50
10 Уголок ст. 45*45 3 сп дл. 9 м 1 шт. - 24,57 кг 45 800 2 2 250
11 Болты, гайки - - 500
12 Пенополистирол 10 мм, м - 10 2 000
13 Газгольдер 1 м3 - 1 50 000
14 Зарплата сварщику - - 5 000
Итого 82 450
Рассчитаем стоимость затраты на изготовление биогазового фильтра рабочим объемом 5 л (табл. 2).
Таблица 2
Капитальные затраты на изготовление биогазового фильтра объемом 5 л
№ Наименование Стоимость единицы Количество Сумма, руб.
1 Пластиковый сосуд объемом 5 л 900 1 9 000
2 Вентиль шаровый Б15 80 2 160
3 Сгон Б15 50 2 100
4 Штуцер Б15 40 2 80
5 Шланг Б2 50 2 100
6 Болты, гайки - - 500
Итого 9940
Как видно из таблиц 1 и 2, стоимость биореактора, газгольдера и биогазового фильтра составит 92 390 руб. Стоимость одного литра бензина Аи-76 в среднем 35 руб., а стоимость газа в среднем 15 руб. При среднесуточном пробеге 100 км бензина расходуется до 25 л (750 руб.), что соответствует расходу 5 м3 биогаза. В год при среднем годовом пробеге в 50000 км на бензин израсходуется 319 375 руб., а на газ - 27 375 руб. Соответственно, при переходе на газовое топливо финансовые расходы уменьшатся в 11 раз.
При создании технологической цепочки, позволяющей в полном объеме получать и использовать биогаз в двигателях внутреннего сгорания, помимо метантенков и переоборудования автомобиля, необходимо наличие следующего оборудования:
- компрессор заправочное устройство МСН-5 (стоимость 250 000 руб.);
- компрессор низкого давления КПП 230-24 (стоимость 7 000 руб.);
- проектные работы (стоимость от 10 000 до 20 000 руб.).
Тогда на общие затраты по внедрению биогазовой заправки израсходуется 369 390 руб. В сопоставлении с затратами на приобретение бензина, срок окупаемости биогазовой заправки составит 1 г. 2 мес.
Особенностью реализации проектов по использованию биотоплива на территории РС(Я) является то, что стоимость топлива значительно выше, чем в других регионах РФ. В
связи с этим при внедрении биогазовой заправки каждый вложенный рубль будет приносить прибыль в размере двух-трех рублей отдачи.
К ощутимым преимуществам биогазовой заправки можно отнести следующие:
- экономия денежных средств за счет перехода на свой биогаз;
- производство топлива вместо обычной утилизации органических отходов, использование питательных веществ в полной мере;
- улучшение экологии предприятия, на котором реализуется проект;
- получение дополнительной прибыли за счет выработки «зеленого» топлива и снижения уровня вредных выбросов в атмосферу;
- создание дополнительной экономической опоры - зарабатывание денег путем реализации экологически безопасного топлива.
Библиография
1. http://www.nvpress.ru/mobile/?route=economy&id=2059
Bibliography
1. http://www.nvpress.ru/mobile/?route=economy&id=2059
