Temat: PROJEKT BIOGAZOWNI ROLNICZEJ o mocy 548kW
Autor:
Data urodzenia: 3 XI
Biotechnologia 2014/2015
16.12.2014, Łódź
1. Treść i opis przedmiotu projektu: 4
1.1. Definicja biogazu rolniczego 4
1.2. Oddziaływanie biogazowni na środowisko 4
1.3. Powstawanie biogazu 5
1.4. Bakterie metanogenne fermentacji metanowej 5
2. Skład biogazu 7
2.1. Uzdatnianie biogazu 8
3. Założenia przemysłowe 9
4. Dane z kalkulatora biogazowego 9
5. Substraty 11
5.1. Pozyskiwanie substratów 12
5.3. Przygotowanie substratów 15
5.4. Mieszalnik 17
6. Proces fermentacji suchej – opis technologiczny zagadnień 17
6.1. Wybór technologii – KOMPOGAS 19
6.2. Zbiornik magazynujący biogaz 20
6.3. Wtórna komora fermentacji 21
6.4. Zbiorniki na masę pofermentacyjną ciekłą i stałą 22
6.5. Oczyszczanie biogazu 25
6.6. Pochodnia do spalania biogazu 26
6.7. Sprężarka 27
7. Układ kogeneracyjny 27
8. System transportu biomasy i ciepła 28
8.1. System transportu do biomasy 28
8.2. Transport ciepła 29
9. Zagospodarowanie biogazu i masy pofermentacyjnej 29
9.1. Zagospodarowanie biogazu 29
9.2. Zagospodarowanie masy pofermentacyjnej 30
10. Przypisy prawne 31
11. Dofinansowanie 32
12. Wykresy Sankey’a 34
12.1. Bilans masowy 34
12.2. Bilans energetyczny 35
13. Schemat blokowy i schemat wykorzystania energii 36
14. Schemat technologiczny 38
15. Bibliografia 38
Biogazownie rolnicze umożliwiają produkcję energii z biogazu rolniczego, który należy do odnawialnych źródeł energii (OŹE) cieszących się silnym wsparciem Unii Europejskiej. Dzięki kontrolowaniu procesów fermentacji oraz spalaniu biogazu znacznie redukują emisję wysokich stężeń metanu do atmosfery, którego wpływ na powiększanie dziury ozonowej jest znacznie większy od dwutlenku węgla. Ponadto ten sposób pozyskiwania energii rozwiązuje problem składowania odpadów oraz może stanowić źródło cennego nawozu dla rolnictwa.
Wytwarzanie biogazu niesie ze sobą korzyści takie jak obniżenie kosztów prowadzenia gospodarstwa dzięki wytwarzaniu energii we własnym zakresie. Dzięki użyciu gnojowicy jako jeden z substratów, poprawia się jej jakość dzięki uzyskaniu mniej intensywnego zapachu oraz postaci bardziej homogenicznej i płynnej niż gnojowica bez obróbki.
1.1. Definicja biogazu rolniczego
Biogaz rolniczy oznacza paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej z surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.
1.2. Oddziaływanie biogazowni na środowisko
Dzięki produkcji energii z biogazu przyczyniamy się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Na skutek fermentacji jelitowej zwierząt przeżywających i rozkładu ich odchodów wydziela się metan, który stanowi 20% całkowitej emisji metanu do atmosfery. Metan przyczynia się do ocieplania klimatu 21-krotnie bardziej niż dwutlenku węgla. Nieuzdatniona gnojowica stosowana jako nawóz także przyczynia się do emisji metanu. Innym gazem wpływającym na efekt cieplarniany jest podtlenek azotu, którego współczynnik ocieplania klimatu jest 310 razy większy niż w przypadku dwutlenku węgla. Podtlenek azotu jest przekształcany w azot atomowy na drodze fermentacji metanowej, który jest łatwo przyswajalny przez rośliny. Dzięki temu ograniczamy wydzielanie się podtlenku azotu do atmosfery.
Spalanie biogazu charakteryzuje się 100-krotnie mniejszą emisją dwutlenku siarki i trzykrotnie niższą emisją tlenków azotu niż spalanie paliw kopalnych.
Przefermentowana gnojowica jest pozbawiona nasion chwastów, azot występuje w niej w postaci całkowicie przyswajalnego przez rośliny jonu amonowego oraz ma płynniejszą konsystencję niż gnojowica nieprzefermentowana.
Dzięki produkcji biogazu następuje także ograniczenie emisji odorów wydzielanych przez nieprzefermentowane odchody, ponieważ siarkowodór i inne gazy występujące w biogazie w śladowych ilościach są z biogazu usuwane różnymi sposobami – w przypadku tego projektu jest to sposób odsiarczania chemicznego w fermentorze.
Odpady organiczne są potencjalnym źródłem licznych patogenów, które mogą wywoływać choroby u ludzi i zwierząt. Na skutek poddania odpadów wysokiej temperaturze w komorach fermentacyjnych większość mikroorganizmów chorobotwórczych ginie. W przypadku wykorzystania biomasy pofermentacyjnej w formie nawozu, konieczna jest higienizacja przefermentowanej masy.
2
1.3. Powstawanie biogazu
Fermentacja metanowa, jako termin biochemiczny, to zespół beztlenowych procesów biochemicznych, w których wielocząsteczkowe substancje organiczne (takie jak węglowodany, białka i tłuszcze) są rozkładane do alkoholi lub niższych kwasów organicznych oraz do biogazu, który składa się z metanu, dwutlenku węgla oraz nieznacznych domieszek wodoru, siarkowodoru, pary wodnej, azotu i innych gazów. Fermentacja metanowa dostarcza nie tylko paliwa energetycznego w postaci biogazu, ale pozwala zarazem ograniczyć zanieczyszczenia środowiska i uzyskać wartościowy nawóz organiczny.
W komorach fermentacyjnych zachodzą procesy w dwóch, trzech lub czterech etapach przemian, w zależności od kryteriów podziału.
Rozpowszechniony jest podział na dwa główne etapy przemian:
1. Rozkład substancji organicznych do niższych kwasów organicznych (fermentacja kwasowa)
2. Właściwa fermentacja niższych kwasów organicznych do metanu i dwutlenku węgla (fermentacja alkaliczna/zasadowa)
Podział ze względu na cechy biochemiczne bakterii fermentacji metanowej wyróżnia trzy fazy przemian:
1. Hydroliza substancji organicznych do związków rozpuszczalnych w wodzie
2. Przemiany beztlenowe zakończone wytworzeniem wodoru, dwutlenku węgla i kwasu octowego
3. Przemiany metanogenne.
Lub podział na cztery fazy fermentacji:
- Hydrolizy – bakterie hydrolityczne rozkładają złożone związki organiczne (tj. białko i węglowodany), za pomocą enzymów w drodze reakcji biochemicznych do prostych związków organicznych takich jak aminokwasy, kwasy tłuszczowe i gliceryna oraz cukry. Biomasa zamienia się w pulpę.
- Acydofilnej – bakterie kwasowe przerabiają w.w. składniki na kwasy organiczne m.in. octowy, propionowy, masłowy, mlekowy. Produkty tej fazy zmieniają warunki środowiska całej mieszaniny, w tym najbardziej odczyn pH, potencjał redukcyjno-oksydacyjny.
- Octanogennej – produkty fazy II przez bakterie octowe przekształcają lotne kwasy w prekursory biogazu, tj. kwas octowy, wodór i dwutlenek węgla.
- Metanogennej – bakterie metanowe tworzą metan i dwutlenek węgla, zużywając wodór i kwas octowy. Bakterie tej fazy są bardzo wrażliwe na zmiany środowiskowe, dlatego warunki w komorze fermentacyjnej systemu jednofazowego dostosowane są do wymogów tej grupy.
1.4. Bakterie metanogenne fermentacji metanowej
Bakterie biorące udział w fermentacji metanowej są bardzo wrażliwe na warunki środowiskowe, takie jak:
· Brak dostępu tlenu i światła
· Odpowiednia stała temperatura środowiska
· Odpowiedni odczyn, wilgotność oraz mała toksyczność środowiska
Nastąpienie zmiany jednego z wyżej wymienionych czynników może znacznie zwolnić lub nawet zahamować aktywność bakterii, czego skutkiem będzie zmniejszenie ilości metanu w biogazie lub zakiśnięcie biomasy, czyli całkowite zaniknięcie wydzielania metanu.
Zakres temperatur
Dla bakterii:
· Mezofilnych - minimalna temperatura to 25°C, optimum 30°C - 40°C, maksimum 45°C
· Termofilnych – minimalna temperatura to 40°C, optimum 55°C - 65°C, maksimum 75°C
Ilość takich patogenów, jak: bakterie, wirusy oraz pasożyty, podczas fermentacji mezofilnej zmniejsza się (ważny jest czas retencji i temperatura), ale nie jest zredukowana całkowicie. Natomiast w procesie termofilnym patogeny ulegają...
sylwine