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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Bioenergieanlagen. Biogas-Produktionstechnologie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Die Fermentation, die die Grundlage der Biogasproduktion ist, führt zu Endprodukten: Methan CH4 (55 - 65 %), Kohlendioxid CO2 (30 - 35 %), Wasserstoff H2 (3 - 5 %), in geringen Mengen Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Im Wesentlichen kombiniert die Fermentation drei biologische Prozesse: Hydrolyse, Säure- und Methanfermentation. Die Biogasausbeute aus Strohmist beträgt ca. 1 - 1,8 mXNUMX/Tag pro Rinder. Biogas hat einen durchschnittlichen Heizwert von 20 - 23 MJm3. Zusammen mit Biogas produziert die anaerobe Vergärung von Vieh- und Geflügelabfällen wertvollen umweltfreundlichen Dünger, der frei von pathogener Mikroflora, Wurmeiern, Unkrautsamen, Nitriten und Nitraten sowie spezifischen Fäkalgerüchen ist. Das Potenzial für die Biogasproduktion aus Abfällen von Vieh-, Geflügel- und agroindustriellen Verarbeitungsbetrieben ist sehr groß. Produktion von Biogas aus Siedlungsabfällen (MSW) Der weltweit starke Anstieg des Verbrauchs in den letzten Jahrzehnten hat zu einem deutlichen Anstieg des Aufkommens von Siedlungsabfällen (MSW) geführt. Eine der weltweit wichtigsten Methoden zur Entsorgung fester Abfälle bleibt die Verlagerung in der oberflächennahen geologischen Umgebung. Unter diesen Bedingungen kommt es zu einer intensiven biochemischen Zersetzung des Abfalls, was insbesondere zur Entstehung von Deponiegas (LFG) führt. SG-Emissionen, die in die natürliche Umwelt gelangen, haben sowohl lokale als auch globale negative Auswirkungen. Aus diesem Grund werden in vielen entwickelten Ländern der Welt besondere Maßnahmen ergriffen, um die NG-Emissionen zu minimieren. Dies hat tatsächlich zur Entstehung eines eigenständigen Zweigs der globalen Industrie geführt, zu dem auch die Gewinnung und Nutzung von Deponiegas gehört. Die wichtigste Methode zur Lösung dieses Problems ist die Technologie der Gewinnung und Nutzung von SG. Für die Entnahme von Deponiegas auf Deponien wird folgendes Grundschema verwendet: Ein Netz vertikaler Gasabzugsbrunnen ist durch Gaspipelineleitungen verbunden, in denen eine Kompressoreinheit das für den Transport von Flüssiggas zum Einsatzort notwendige Vakuum erzeugt (Abb. 5.2). Sammel- und Recyclinganlagen werden auf einem speziell vorbereiteten Gelände außerhalb des Deponiekörpers installiert.
Vertikale Brunnen werden zur Gewinnung von SG aus Mülldeponien verwendet. Normalerweise sind sie gleichmäßig über das Gelände des Deponiekörpers verteilt, mit einem Abstand von 50 bis 100 m zwischen benachbarten Brunnen. Ihr Durchmesser reicht von 200 bis 600 mm und ihre Tiefe wird durch die Dicke des Deponiekörpers bestimmt und kann mehrere zehn Meter betragen. Zum Bohren von Brunnen werden sowohl herkömmliche Bohrgeräte als auch Spezialgeräte verwendet, die den Bau von Brunnen mit großem Durchmesser ermöglichen. Gleichzeitig wird die Wahl dieser oder jener Ausrüstung aus wirtschaftlichen Gründen bestimmt. Jeder Brunnen entwässert einen bestimmten Block festen Abfalls, der herkömmlicherweise die Form eines Zylinders hat. Die Stabilität des Bohrlochbetriebs kann gewährleistet werden, wenn seine Durchflussrate das Volumen des neu gebildeten SG nicht überschreitet. Die Bewertung der Gasproduktivität der vorhandenen Feststoffabfallschicht erfolgt im Rahmen vorläufiger gasgeochemischer Untersuchungen vor Ort. Der Bau eines Gasentwässerungssystems kann entweder im gesamten Gebiet der Abfalldeponie nach Betriebsende oder in einzelnen Abschnitten der Deponie entsprechend der Reihenfolge ihrer Beladung erfolgen. Es ist zu berücksichtigen, dass Deponiekörper mit einer Mächtigkeit von mindestens 10 m für die Gewinnung von SG geeignet sind. Es ist auch wünschenswert, dass das Gebiet der Deponie für feste Abfälle, auf dem der Bau eines SG-Sammelsystems geplant ist, saniert, dh mit einer Erdschicht von mindestens 30 bis 40 cm bedeckt wird. Im Durchschnitt endet die Gaserzeugung im Deponiekörper innerhalb von 10 – 50 Jahren, wobei die spezifische Gasausbeute 120 – 200 Kubikmeter beträgt. m pro Tonne fester Abfälle. Erhebliche Schwankungen der Gasproduktivität und der Prozessgeschwindigkeit werden durch die in einem bestimmten Deponiekörper vorherrschenden Umgebungsbedingungen bestimmt. Zu den Parametern, die die Biokonversion steuern, gehören Feuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert und die Zusammensetzung organischer Fraktionen. Biogaserzeugung aus Klärabfällen (WWW) In westeuropäischen Ländern wird seit mehr als 20 Jahren aktiv an einer praktischen Lösung des Problems der Abfallentsorgung aus Wasseraufbereitungsanlagen gearbeitet. Eine der gängigen Technologien zum Recycling von WWS ist ihre Verwendung in der Landwirtschaft als Düngemittel. Sein Anteil an der Gesamtmenge an SALZ reicht von 10 % in Griechenland bis 58 % in Frankreich und liegt im Durchschnitt bei 36,5 %. Trotz der Popularisierung dieser Art der Abfallentsorgung verliert sie an Attraktivität, da die Landwirte die Ansammlung von Schadstoffen auf ihren Feldern befürchten. Derzeit ist in einer Reihe von Ländern die Verwendung von Abfällen in der Landwirtschaft verboten, beispielsweise in Holland seit 1995. An dritter Stelle der Abfallentsorgungsmengen steht die Verbrennung von Wasseraufbereitungsabfällen (10,8 %). Der Prognose zufolge wird ihr Anteil in Zukunft trotz der relativ hohen Kosten dieser Methode auf 40 % steigen. Durch die Verbrennung von Schlamm in Kesseln wird das mit seiner Lagerung verbundene Umweltproblem gelöst, bei der Verbrennung wird zusätzliche Energie gewonnen und somit der Bedarf an Brennstoff- und Energieressourcen sowie Investitionen reduziert. Es empfiehlt sich, halbflüssige Abfälle zur Energieerzeugung in Wärmekraftwerken als Zusatz zu fossilen Brennstoffen, beispielsweise Kohle, zu nutzen. Es gibt zwei gängigste westliche Technologien zur Verbrennung von Abwasser:
Unter den Methoden der getrennten Verbrennung ist der Einsatz der Flüssigkeitsschichttechnologie beliebt, wobei Feuerräume mit LCS am erfolgreichsten eingesetzt werden. Solche Technologien ermöglichen eine stabile Verbrennung von Kraftstoffen mit einem hohen Gehalt an mineralischen Bestandteilen sowie eine Reduzierung des Gehalts an Schwefeloxiden in den Abgasen, indem sie diese während des Verbrennungsprozesses mit im Kraftstoff enthaltenen Kalksteinen oder Erdalkalimetallen verbinden Asche. Umweltaspekte der Nutzung der Abwasserbehandlung Ein Vergleich der chemischen Zusammensetzungen von WWS, Steinkohle und Braunkohle, die in Wärmekraftwerken verbrannt werden, zeigt, dass sich die Elementzusammensetzungen von WWS und Braunkohle geringfügig unterscheiden. Die Zusammensetzung von WWS (6,2 % Feuchtigkeit) enthält 24,5 % weniger Kohlenstoff als Steinkohle (12 % Feuchtigkeit) und um 5 % weniger als Braunkohle (39 % Feuchtigkeit). Der Schwefelanteil übersteigt sein spezifisches Gewicht in Kohle nur um 0,2 % im Vergleich zu Steinkohle und um 0,4 % im Vergleich zu Braunkohle. Der Stickstoffgehalt in WWS ist mit dem von Steinkohle vergleichbar und liegt um 2 % höher als der von Braunkohle. Ein Vergleich der Trockenmasse zeigt, dass der Kohlenstoffgehalt im WWS um fast 30 % geringer ist und der Schwefel- und Stickstoffgehalt nahezu unverändert bleibt. Die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der OSV-Asche ermöglichen den Einsatz als Straßenbaustoff (mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 1 mm) sowie als Zusatz zu Zement oder auf Deponien als Füllstoff. Mögliche Möglichkeiten der Abfallentsorgung Für die Entsorgung von Klärschlamm gibt es sechs alternative Möglichkeiten, die sowohl auf neuen, nicht-traditionellen Technologien basieren, die auf der Grundlage russischer oder europäischer Erfahrungen entwickelt wurden und keinen praktischen Nutzen haben, als auch auf kompletten schlüsselfertigen Technologien:
Produktion von Biogas aus Abfällen von Geflügel- und Viehzuchtbetrieben Erneuerbare Biomasseressourcen unterschiedlicher Herkunft fallen jährlich in großen Mengen an oder werden ineffizient genutzt. Eine effektive Nutzung von Biomasse ist durch die Einführung geeigneter Technologien und Geräte zur Herstellung von Brennstoffen in Form von Hackschnitzeln, Briketts, Gas- und Flüssigbrennstoffen möglich. Die gesammelten experimentellen Materialien des Reviews sprechen für die flächendeckende Nutzung von Biomasse:
Derzeit werden jedoch gesonderte Forschungsarbeiten zur direkten Verbrennung von Biomasse und ihrer anaeroben Vergärung durchgeführt. Biogaserzeugung aus forst- und landwirtschaftlichen Abfällen Um die Nutzung forst- und landwirtschaftlicher Abfälle im Energiesektor zu maximieren, wurde ein Zersetzungsprozess entwickelt, der darin besteht, diese ohne Zugang zu Sauerstoff (Luft) schnell auf Temperaturen zu erhitzen, bei denen die Freisetzungsrate der benötigten Produkte maximal ist. Es soll Energie- und Umweltprobleme lösen. Die Parameter des Schnellpyrolyseprozesses, die Zusammensetzung und Menge der freigesetzten Produkte werden für jede Rohstoffart vorab festgelegt. Die Anlage ist für jede Rohstoffart ausgelegt. Die maximalen Verarbeitungstemperaturen werden durch die Temperatur bestimmt, bei der der Stoff in der kondensierten Phase vorliegt. Das Hochgeschwindigkeitserhitzen der Substanz gewährleistet: minimalen Energieverlust an die Umwelt; maximale Geschwindigkeit des chemischen Prozesses mit Freisetzung von Produkten in die Gasphase; maximale Feuchtigkeitskonzentration und deren Verwendung. Die Erwärmungsgeschwindigkeit des Stoffes muss die Geschwindigkeit der in der verarbeiteten Masse ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse übersteigen. Die Ausbeute an flüssigem Brennstoff beträgt 70 % der organischen Masse des Rohstoffs. Aus 1 Tonne Sägemehl können beispielsweise 700 Liter flüssiger Kraftstoff gewonnen werden. Anorganische Bestandteile und chemische Modifikationsprodukte (kohlenstoffähnliche Rückstände) verbleiben in der festen Phase. Die Menge an kohleähnlichen Rückständen wird durch den Ligningehalt bestimmt und ist immer geringer als die Menge an Rückständen, die bei anderen Verarbeitungsverfahren anfallen. Um den Hauptbestandteil des flüssigen Kraftstoffs zu erhalten, wird die Gasphase kondensiert (die dabei entstehenden niedermolekularen Produkte kondensieren nicht). Die Gasphase kann nach oder ohne Kondensation direkt der Verbrennung zugeführt werden. Der Heizwert (Heizwert) der Hauptkomponente des Brennstoffs ist in der Regel größer als der Heizwert von trockenem Brennstoff dieser Art. Somit beträgt der Heizwert von Holz 4500 kcal/kg und die Verbrennungswärme von flüssigem Brennstoff 5500 kcal/kg. Flüssiger Kraftstoff kann als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Die Anlage wird mit Strom oder durch Verbrennung verarbeiteter Produkte oder Rohstoffe betrieben. Vorteile des Verfahrens: hohe Geschwindigkeit, hoher Umwandlungsgrad der verarbeiteten Produkte; kleine Abmessungen der Hauptinstallationseinheit; geringer Energieverbrauch pro Einheit verarbeiteter Produkte; niedrige Energiekosten aus Reaktionsprodukten. Die Kosten für eine Anlage mit einer Verarbeitungskapazität von 2 Tonnen verarbeiteter Rohstoffe pro Tag betragen 2,5 Millionen Rubel. Bei der Verarbeitung von Sägemehl aus 2 Tonnen werden 1,4 Tonnen flüssiger Brennstoff gewonnen. Die jährliche Produktivität beträgt 500 Tonnen Flüssigbrennstoff, bei einem Preis von 0,1 Dollar pro Liter beträgt der Jahresumsatz 50 Dollar. Die Amortisationszeit beträgt 3 Jahre. Autor: Magomedov A.M.
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