Виробництво біопалива другого покоління: метод газифікації

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

на тему «Виробництво біопалива другого покоління: метод газифікації»

Вступ

Загострення проблеми забруднення навколишнього середовища органічними відходами тваринницької галузі, а також зростаючий дефіцит енергетичних ресурсів є головними мотивами інтенсифікації європейських розробок у галузі виробництва та ефективного використання біогазу. Виробництво біогазу, який є продуктом анаеробного зброджування гною та інших органічних відходів, дає не лише відновлювану енергію, але є ефективним шляхом боротьби з забрудненням води й повітря шкідливими відходами. У галузі виробництва біогазу європейське тваринництво, зокрема свинарство та птахівництво, має величезний потенціал. Останні десятиріччя характеризувалися стійкою тенденцією до укрупнення тваринницького виробництва, внаслідок чого пересічна європейська ферма щороку збільшувала кількість органічних відходів та підвищувала вимоги щодо енергозабезпечення. Придатні до використання біологічні ресурси

Гній не є єдиним потенціальним видом сировини для виробництва біогазу. Сировиною можуть бути й інші типи відходів рослинного та тваринного походження, що продукуються харчовою, фармацевтичною та ферментною індустрією, садівничими господарствами, підприємствами громадського харчування, ринками, а також побутові відходи.

Біопаливо другого покоління ? паливо, яке отримане різними методами піролізу біомаси, або інші палива, відмінні від метанолу, етанолу, біодизеля.

Швидкий піроліз дозволяє перетворити біомасу на рідину, яку легше і дешевше транспортувати, зберігати і використовувати. З рідини можна зробити автомобільне паливо або паливо для електростанцій.

Газоподібне біопаливо

Біогаз ? продукт зброджування органічних відходів (біомаси), що представляє суміш метану і вуглекислого газу. Розкладання біомаси відбувається під впливом бактерій класу метаногенів.

1. Виробництво біогазу

У даний час найбільшого поширення набули три концепції виробництва біогазу: 1 -- виробниче устаткування при фермерських господарствах; 2 -- потужні лінії з переробки гною, розраховані на задоволення спільних потреб кількох господарств; 3 -- найпотужніші підприємства, що спеціалізуються на переробці органічних відходів різноманітного походження. Звичайно, цей розподіл має умовний характер (оскільки на практиці виробнича потужність устаткування, що обслуговує потреби окремого фермерського господарства, може перевищувати відповідний показник для деяких спільних переробних підприємств, а останні можуть мати конструктивні елементи, що дають змогу, окрім гною, переробляти інші органічні відходи тощо). Устаткування для фермерських господарств розраховане на видобуток біогазу з гною, що виробляється окремим фермерським господарством, а також на забезпечення його потреб в опаленні та електроенергії. Перероблений гній може використовуватися як органічне добриво. Надлишок електричної енергії може реалізовуватися енергетичним компаніям і у такий спосіб приносити фермі додатковий прибуток. Помітний економічний ефект може мати зменшення потреб господарства у твердому паливі. Як правило, таке устаткування складається з резервуарів для попереднього зберігання, анаеробних реакторів з системами керування та обігрівання, насосів для завантажування та розвантажування, резервуарів для дальшої переробки, резервуарів для зберігання відпрацьованої біомаси, системи для зберігання та транспортування газу, а також універсального модуля для опалення та вироблення електроенергії. Спільні переробні підприємства створюються для переробки гною, що утворюється у кількох тваринницьких господарствах -- здебільшого свинарських, молочних та птахівничих (від 5 до 100 ферм).

Газ може видобуватися з гною у суміші з органічними відходами деяких інших типів. Ефективність такого підприємства визначається кількістю органічних відходів, що є найдешевшою сировиною. Як правило, підприємство складається з кількох блоків. Блок попереднього зберігання містить окремі резервуари для гною та органічних відходів, а також резервуари для гомогенізації та теплообмінники, в яких тепло вже переробленої маси використовується для попереднього розігрівання сировини. Анаеробні реактори, оснащені системами автоматичного керування, мають вигляд сталевих резервуарів з конічним дном. Температурний процес -- мезофільний або термофільний. Підприємства, орієнтовані на термофільний процес, поширені більше через ліпшу відповідність такого зброджування санітарним вимогам, оскільки мезофільне зброджування потребує додаткового технологічного етапу пастеризації.

Зброджений гній після тимчасового зберігання на підприємстві повертається на фермерські господарства для подальшого використання як органічного добрива. Хоча сільськогосподарські стандарти різних європейських країн вимагають різних термінів зберігання гною, як правило, воно має тривати дев'ять місяців -- особливо, якщо йдеться про свинячий гній. Отриманий біогаз перетворюється на теплову та електричну енергію за допомогою універсального переробного модуля. Теплова енергія використовується для технологічних потреб підприємства, а її надлишок постачається місцевим господарствам. Електрика реалізується енергетичним компаніям. Деякі підприємства транспортують біогаз трубопроводом для використання в електро- та опалювальних станціях найближчих міст. У Швеції, Швейцарії та деяких інших країнах біогаз після додаткового очищення використовують як автомобільне паливо. Підприємства, спеціалізовані на переробці органічних відходів різноманітного походження, оснащені найбільш технологічно досконалими виробничними лініями для одержання біогазу як з рідких, так і з твердих органічних відходів. Найбільшу складність становлять підготівельні процеси, під час яких стан побутових і садівничих відходів узгоджується з гігієнічними вимогами. Анаеробне зброджування не відрізняється від того, що практикується на спільних переробних підприємствах, але у деяких випадках йому передує додатковий технологічний етап гідролізу. Обробка відпрацьованого матеріалу з високим вмістом сухої речовини може передбачати аеробне компостування. Залишок рідини використовується для потреб підприємства або утилізується після попереднього очищення. Деякі з цих підприємств критикуються за їхню неспроможність забезпечити достатній рівень якості відпрацьованого матеріалу, який дав би змогу використовувати його як органічне добриво. Поточний стан

Спільні переробні підприємства набули найбільшого поширення у таких північних країнах, як Швеція та Данія, а також у деяких регіонах Німеччини. Ефективність цих підприємств перебуває у прямій залежності від їхніх масштабів, тобто вартість переробки кожного кубометра біомаси є тим меншою, що більшими є розміри підприємства. Додатковою перевагою спільних переробних підприємств, порівняно з обладнанням для індивідуального користування, є висока кваліфікація та спеціалізація обслуговуючого персоналу. У Німеччині нині понад 1300 ферм обладнано устаткуванням для одержання біогазу, і у близькому майбутньому їх кількість має помітно зрости. Остання генерація обладнання вирізняється конструктивною простотою та високим рівнем стандартизації. На думку німецьких фермерів, виробництво біогазу дає найбільш відчутний економічний ефект малим господарствам, у яких потужність генераторів не перевищує 500 кВт. Реалізаційна вартість виробленої фермерами енергії становить 0,20 DM за кіловат-годину. В Австрії кількість ферм, обладнаних устаткуванням для одержання біогазу, перевищує сотню. Порівняно зі своїми німецькими колегами, австрійські фермери мають менше заохочувальних економічних факторів. Утім, з плином часу “зелена електроенергія”, для вироблення якої як сировину використовують гній та пасовищні культури, набуває в Австрії дедалі більшої популярності. Принаймні два австрійських підприємства виробляють біогаз виключно з пасовищних культур. Великі свинарські господарства, де поголів'я перевищує 500 свиноматок, часто стикаються з проблемою утилізації надмірної кількості гною, якого утворюється набагато більше, ніж потрібно для використання як органічного добрива. Особливо гостро ця проблема стоїть у Греції, Іспанії, Португалії, Ірландії, Великій Британії, Франції, Голландії та Данії. Оскільки такі ферми особливо зацікавлені у досягненні енергетичної незалежності, а також у можливості отримання додаткового прибутку за рахунок збуту надлишку електроенергії, ідея виробництва біогазу зі свинячого гною та, у деяких випадках, з пасовищної сировини є для них виключно привабливою. Важливим фактором, здатним сприяти поширенню устаткування для виробництва біогазу у великих тваринницьких господарствах, може стати відчутний негативний вплив, який мають ці підприємства на екологію довкілля.

Інтегровані системи переробки органічних відходів значною мірою усувають екологічні негаразди, зокрема ті, що пов'язані зі смородом та порушенням санітарно-епідеміологічних вимог. Передбачається, що до 2010 р. питома вага електроенергії, що виробляється з відновлюваних джерел, подвоїться. Зокрема, біоелектроенергетика зросте втричі. Слід очікувати на зростання закупівельних цін на “зелену електроенергію”, які будуть підтримуватися на високому рівні з метою заохочення європейського фермерства до використання устаткування для переробки органічних відходів. Вірогідним є також вживання інших заохочувальних заходів. Підсумок

У справі запровадження “зеленої електроенергетики” головну роль відіграє фермерська спільнота. Сьогодні у Німеччині та Данії виробництво біогазу є найбільш привабливим для невеликих сімейних фермерських господарств, “екологічних ферм” та великих свинарських комплексів. Заохочувальними факторами для них є підвищення енергетичної незалежності підприємства, додатковий прибуток завдяки реалізації надлишку електроенергії, вирішення екологічних проблем, пов'язаних із забрудненням довкілля та смородом тощо. Актуальність запланованої керівництвом ЄЕС програми розвитку виробництва біогазу пояснюється, насамперед, нагальною потребою зменшити негативний вплив, який сучасне тваринництво справляє на екологічне становище. Інші джерела виробництва біогазу (смітники та підприємства переробної промисловості) також мають велике значення як для екології, так і для енергетики. Технології переробки органічних відходів, що активно розроблялися протягом останнього десятиріччя, нині достатньо визріли для промислового впровадження. Наступним важливим кроком стане налагодження стандартизованого та масового виробництва переробного обладнання, яке дасть змогу істотно знизити його собівартість. За умов достатніх інвестицій у науково-дослідні розробки та програми, спрямовані на подальший розвиток технологій виробництва та утилізації біогазу, слід очікувати здійснення оптимістичних прогнозів, які передбачають підвищення загальних європейських біоелектроенергетичних потужностей до 1000 МВт уже протягом кількох наступних років. Дотримання програми енергетичного розвитку, запропонованої загальноєвропейським урядом у так званому Білому Плані, потребуватиме напруженої і добре скоординованої роботи, а також усебічної фінансової підтримки. Програма науково-дослідних розробок та впровадження технологій підвищення ефективності використання поновлюваних енергетичних джерел є одним з ключових факторів для забезпечення добробуту громадян об'єднаної Європи, а також для успішного впровадження інших ініціатив керівництва ЄЕС. Ця програма потребуватиме спілних зусиль багатьох наукових установ різної спеціалізації.

2. Метод газифікації

Історично існують дві технології переробки твердих побутових та інших видів відходів:

1.Безперервна переробка в шахтних камерах з подальшим руйнуванням компонентів газів, що утворилися, в окремій камері допалювання.

2.Періодична переробка в камерах газифікації з подальшим допалюванням. біогаз гній переробка відхід

Оскільки метод 1 набагато раніший, старі системи безперервної переробки, які досі працюють в багатьох країнах світу, мають гірші екологічні показники, ніж сучасні системи газифікації (Метод 2), що з'явилися набагато пізніше і засновані на нових розробках систем автоматичного управління процесами спалювання і хімічних технологій високих температур.

Через це в населення виникла невірна думка, що безперервна переробка відходів шкідливіша для довкілля. Проте, сучасні системи безперервного спалювання можуть мати екологічні результати, сповна порівнянні з методом газифікації, за умови вживання коректних сучасних методів газоочистки.

Метод газифікації заснований на термічній обробці ТПВ в камерах газифікаціЇ (піролізу), які також називають первинними камерами. Гази піролізу потім переходять у вторинну камеру допалювання для знищення шкідливих компонентів і звідти подаються на бойлер. Після бойлеру і газочистки гази випускаються в атмосферу, проходячи при необхідності охолоджування в градірнях. Для безперервного вироблення електроенергії потрібна наявність як мінімум двох камер, що працюють в шаховому порядку, одна за одною.

Типовий модуль з двох камер газифікації та однієї камери допалювання газу (Ісландія)

Камера газифікації. Камера розрахована на завантаження 10-12.5 т твердих побутових і інших відходів. При коректному забезпеченню процесу такий обсяг переводиться в газоподібний стан (і золу) протягом циклу 24 години.

Конструкція камери газифікації дозволяє завантажувати ТПВ без їх сортування або попередньої підготовки - розсипом, упакованими в мішки, пакунки або в пресованих пакетах. Завантаження здійснюється як через передні двері(об'єкти великого розміру), так і розсипом через верх печі. Після завантаження камери газифікації процес переробки здійснюється повністю автоматично, так що використання устаткування вимагає мінімальну кількість обслуговуючого персоналу.

Система переробляє несортироване сміття

Після завантаження замикаються передні двері і кришка камери, і включаються пальники невеликої потужності для розжіга ТПВ. Залежно від вигляду матеріалу, досить 1-2 годин для запалювання, після чого процес горіння (швидше «тління»), протікає автогенно - за рахунок внутрішньої енергії.

Процес має місце при температурі 700?С і нестачі кисню, що дозволяє понизити швидкість протікання хімічних реакцій з утворенням шкідливих компонентів (діоксиди, фуран і таке інше). Протягом 10-12 годин проходять і завершуються основні хімічні реакції, а наступні 10-12 годин використовуються для повільного охолоджування камери.

Після охолодження з камери вивантажується зола (5-20% від обсягу ТПВ) і забезпечується нове завантаження. Протягом 12 годин циклу охолоджування друга камера газифікації знаходиться в активному режимі, що дозволяє забезпечувати постійну подачу газу в камеру допалювання. Весь процес вимагає мінімальної присутності оператора. Один співробітник здатен обслуговувати до 8 камер у робочу зміну.

Зола. Залежно від вигляду та складу завантажуваних відходів можливий перехід їх у газоподібний стан становить до 95% і більше маси твердих відходів. Це дозволяє отримувати незначні кількості золи високої якості. Зола процесу не має клінкерних включень і є майже на 100% продуктом горіння з мінімальним вмістом шкідливих компонентів. Хімічний склад золи відповідає вимогам Директиви «40 CFR 261.24» (EPA TCLP Тest) Федеральної Агенції Екології США. В залежності від місцевих стандартів зола може використовуватися в дорожньому будівництві.

Список використаних джерел

1. Арбузов Ю.Д., Євдокимов В.М., Зайцев С.В., Муругов В.П., Пузаков В.Н. "Відновлювана енергія" "Вісник енергозбереження Південного Уралу". червень, 2002.

2. Борисова С., Темнова Є., Трошкова А., Щеклеін С.Є. Можливості гідроенергетичного потенціалу Свердловської області для розвитку малої гідроенергетики регіону. Енерго - та ресурсозбереження. Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії. Вид. УГТУ, 2001.

3. Данилов Н.І., Щеклеін С.Є., Велкін В.В., Шестак О.М., Малетин А.П. Відновлювальна енергетика - альтернативна у електрифікації віддалених районів. Ефективна енергетика, Изд. УГТУ, 2001.

4. КалетнікГ.М. Розвиток ринку біопалив в Україні : монографія / Г.М. Калетнік. - К. : Вид-во "Аграр. наука", 2008. - 461 с.

5. Технология использования биомассы в биогазовых установках // Т. Амон, Б. Амон, В. Дубровин и др. // Зб.,наук праць НАУ. - 2003. -№60. - С. 18-22.

Размещено на Allbest.ru