Производство биогаза из отходов сахарного производства
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?дов. Поскольку искомый продукт - это газ, сбор его не составляет труда: он просто выделяется в виде пузырьков. Впрочем, иногда при более сложных способах его использования или распределения по трубам возникает необходимость в очистке от примесей или в компрессии.
Неочищенный биогаз обычно используют для приготовления пищи и освещения. Его можно применять как топливо в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Сжатый газ в баллонах пригоден как горючее для машин и тракторов. Его можно подавать в газораспределительную сеть. В последнем случае требуется некоторая очистка биогаза: осушка, удаление углекислоты и сероводорода. Очищенный биогаз ничем не отличается от метана из других источников, т. е. природного газа или же SNG (синтетический газ, получаемый из угля или водородсодержащего сырья).
Качество биогаза определяется в первую очередь содержанием метана либо соотношением горючего метана (CH4) к „бесполезной" двуокиси углерода (C02). Двуокись углерода разбавляет биогаз и вызывает потери при его хранении. Поэтому важно стремиться к высокому содержанию метана и как можно низкому содержанию двуокиси углерода. Достигаемое обычно содержание метана колеблется между 50 и 75%.
Содержание метана в биогазе в первую очередь определяется следующими критериями:
Ведение процесса: в то время как в одноступенчатых биогазовых установка весь процесс анаэробного разложения происходит в одном ферментаторе, одним этапом, и таким образом весь газ выделяется как смесь газов, в двухступенчатых установках, выработанный на первом этапе газ, состоит в большой степени из двуокиси углерода и других энергетически малоценных газов, выводящихся в окружающую среду. Вырабатываемый на втором этапе газ имеет высокий процент содержания метана, который может составлять и более 80%.
Состав питательных веществ субстрата. Количество и качество произведенного биогаза зависит от количества внесенных веществ и их состава. Протеины и жиры имеют более высокое содержание метана. Для богатых на углеводы субстратов, как например кукуруза можно рассчитывать на содержание метана в среднем 53% .
Температура субстрата: на практике оказалось, что при высокой температуре ферментатора выход метана более плохой, чем при низких температурах. Это происходит через различия в растворимости и образованием газовидной двуокиси углеводорода. Чем большее количество CО2 перейдет в газовидную форму, тем меньшей будет процентная доля CH4 в биогазе.
После метана и двуокиси углерода, сероводород (H2S) является важнейшей составляющей газа [5]. Сероводород очень агрессивен и вызывает коррозию, что в первую очередь вызывает проблемы с арматурой, газовыми счетчиками, горелками и двигателями. Поэтому необходимо очищать биогаз от серы. Очищенный от серы биогаз, почти не имеет запаха. Газ, только что поступивший из биогазовой установки насыщен водным паром. Возможно, что пар содержит также следы еще малоисследованных растворенных веществ, способных вызывать проблемы при сжигании биогаза в котлах и двигателях. Например, на биогазовой установке в Рипперсхаузене непонятным образом образовывались пушистые хлопья, которые создавали в топке котла толстые наслоения. Потребовалось длительное время, чтобы установить, что эта белая сажа является оксидом кремния, возникающим вследствие коферментации силиконосодержащих косметических мазей как результат сложных химических реакций (образование силанов). Сушка биогаза конденсацией является поэтому очень важным шагом по обогащению газа. С помощью конденсированной воды сепарируют также большое количество содержащегося в биогазе аммиака, вызывающего в противном случае большие повреждения двигателя, особенно на подшипниках из цветных металлов. Теплота сгорания одного кубометра достигает 25 МJ, что эквивалентно сгоранию 0,6 l бензина, 0,85 l спирта, 1,7 kg дров или использованию 1,4 kWh электроэнергии.
2.1.2 Оценка выработки биогаза из жома
На сахарном заводе города Дрокия планируется построить биогазовую установку по переработке жома. Для того чтобы подсчитать массу жома, которая получится при переработке 3000 тонн свеклы в сутки, необходимо знать количество сухих веществ переходящих в жом. Из 100 kg свеклы в жом переходит около 5 kg сухих веществ [1,2,3]. Прессованный жом содержит 18-25% сухих веществ, а масса прессованного жома, получившегося со 100 kg свеклы будет равна:
; (2.1)
где: - содержание сухих веществ в 100 kg свеклы, в kg;
- содержание сухих веществ в прессованном жоме, в %.
kg.
Отсюда находим количество прессованного жома в сутки:
; (2.2)
где: - масса свеклы, перерабатываемая в сутки, в t/zi.
t/zi.
Зная массу жома, можем определить количество биогаза, вырабатываемого из него:
; (2.3)
где: - выход биогаза из 1 t жома, в m3/t; ( m3/t).
m3/zi;
Кроме этого в этой установке будут перерабатываться примерно 100 t/zi свекольной ботвы и 60 t/zi мелассы. Определим выход биогаза из этих компонентов:
Из свекольной ботвы:
; (2.4)
где: - выход биогаза из 1 t свекольной ботвы; ( m3/t);
- масса ботвы, в t/zi;
m3/zi;
Из мелассы:
; (2.5)
где: - выход биогаза из мелассы, в m3/t;
- масса мелассы, в t/zi;
m3/zi.
Теперь можем найти суммарный выход биогаза из биогазовой установки:
m3/zi. 2.6)
.1.3 Описание технологии процесса
Полученный отходы сахарного производства,