Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 [ 117 ] 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

2.6.3.2.2. Субстраты

Метановая ферментация применяется к совокупности веществ животного и растителыюго происхождения, образующих биомассу, конкретнее, к включенным в нее органическим отбросам. Среди основных субстратов находятся кухон-ю отбросы, которые содержат в наших странах

от 35 до 70% (в среднем 45%) по весу веществ, поддающихся ферментации, в основном целлюлоза Сортировка кухонных отбросов с удалением инертных и абразивных (стекло) продуктов позволяет улучшить производительность ферментации.

На практике в семье из трех-четырех человек за год образуется тонна кухонных отбросов.

Состав кухонных отбросов меняется в зависимости от:

• географического положения;

• времени года;

• вида населения;

• степени урбанизации.

- К основным субстратам принадлежат также жидкие отходы животноводства двух типов:

• стоки, образованные при содержании без подстилки, и содержащие поэтому лишь испражнения животных и воды для мытья стоил (содержание свиней, птицы, телят); сржание сухого вещества (B.C.) от 5 до

• навоз животных, содержащихся на подстилках (обычно солома): содержание сухого вещества 20 - 25% (B.C. в соломе - 90%).

Рогатый скот

Свиньи

Овцы Куры

Куры (без подстилки)

12 т/год на животное (В. С. в

испражнениях 13%) 1,5 т/год на животное (В. С. в

испражнениях 7 -10%) 0,5 т/год на животное 3 т/год на 100 животных 0,5 т/год на 100 животных

Среднее годовое производство навоза в зависимости от типа содвржания.

Жидкие городские стоки или шламы очистных станции, образованные взвешенными в воде органическими веществами. Прогрессирующая урбанизация (и вред, который она приносит) влечет за собой развитие таких станций и тоннаж, подвергаемый метанизации, непрерывно возрастает. В настоящее время 40% жителей нашей страны подключены к какой-либо очистной станции.

- Стоки агро-пищевых предприятий представляют собой отборный субстрат для анаэробной ферментации из-за:

• большого содержания в них органического вещества,

• их способности к быстрому и полному биорасщеплению,

• их температуры, лежащей между 40 и бОС (особенно бланшировочные жидкости).

Предыдущее перечисление не является исчерпывающим. Многие другие отбросы содержат в заметных количествах органические вещества, пригодные для ферментации. Однако некоторые растительные вещества богаты лигнином, разрушение которого с помощью анаэробной ферментации невозможно.

2.6.3.2.3. Режимы созревания.

Системы ферментации

Субстраты, способные к ферментации, разделяются на две категории:

- жидкие отбросы, в которых органическое вещество находится в виде суспензии. Речь идет о продуктах, пригодных к перекачке, в которых содержание сухого вещества не превышает 10%;

- твердые отбросы с большим содержанием сухого вещества, обращение с которыми менее удобно.

Основные параметры системы метановой ферментации следующие:

- время пребывания вещества в экстракторе, которое зависит от принятого процесса ферментации, термического режима и способности органического вещества к биорасщеплению;

- объемная зафузка органического вещества, которая представляет собой количество вещества, вводимого ежедневно в непрерывный процесс или при каждом заполнении при дискретном процессе, отнесенная к полезному объему экстрактора;

- биологическая отдача - количество газа, полученное на единицу массы введенного органического вещества;

- техническая отдача - количество газа, произведенное на единицу объема бродильни в день;

- поддержание гомогенной фазы в экстракторе путем механического (лопасти), гидравлического (насос и рециркуляция) или пневматического (инжекция газа) перемешивания;

- температура в экстракторе, которая должна поддерживаться на оптимальных значениях (от 35 до 40°С в мезофильном режиме). При использовании газа для нагревания экстрактора его потребление на эти нужды может достигать 30% от произведенного, откуда интерес к хорошей теплоизоляции, особенно в холодных регионах. Ферментация может проводиться как непрерывно, так и дискретно.

2.6.3.2.3.1. Непрерывный режим

Этот режим характеризуется регулярным введением в большой объем (экстрактор) среды, находящейся в процессе ферментации, органического вещества с долей субстрата, вызывающего соответствующую экстракцию продуктов ферментации. Он применяется в средних и крупных установках. В наиболее распространенном сейчас процессе, называемом "бесконечное перемешивание", вещество, находящееся в экстрак-

торе, непрерывно перемешивается либо механическим образом, либо с помощыо рециркуляции произведенного газа. Существует также два других процесса: процесс с фиксированной культурой, в котором бактерии помещены внутри экстрактора на инертной подложке или на подложке в виде мелкой суспензии (ожиженная подложка), и процесс "анаэрсюного контакта", в котором микроорганизмы, рекуперированные из экстракционных соков, возвращаются в экстрактор; эти методы позволяют улучшить выход продукции.

Пример:

В процессе Valorga (рисунок на стр. 378), разработанном с помощью G.D.F., перерабатываются продукты с большим содержанием твердого вещества - порядка от 30 до 35%. Зафузка, гюиготовленная путем сортировки кухонных отбросов или любых других остатков с высоким содержанием органических веществ, вводится в экстрактор с помощью насоса, где перемешивается путем нагнетания газа. Остаточное сухое вещество образует продукт, хорошо поддающийся ферментации. Метанизация производится в мезофильном режиме. Процесс срод-ственен "бесконечному перемешиванию".

Характерные параметры завода Valorga:

- период пребывания -15 суток;

- объемная загрузка - от 12 до 16 кг/м в день, либо полный суммарный полезный объем экстракторов установки, перерабатываюшей Мт кухонных отбросов в год, равный М • Аг\ к изменяется от 12 до 15;

- биологическая отдача - 140 {н) биогаза на тонну использованного органического вещества.

Размеры установок по приему и дроблению должны учитывать недельное распределение сбора.

2.6.3.2.3.2. Прерывистый режим

Экстрактор заполняется в одну операцию, масса отбросов целиком или полностью погружается в остатки, находящиеся в чане (сок), образованные во время предыдущего цикла ферментации и служащие для засева. Разгрузка следует после более или менее полной деградации субстрата. Для регулирования производства биогаза необходимо несколько чанов.

Прерывистый режим годится только для малых установок.

2.6.3.2.4. Особые случаи свалок

Кухонные отбросы, выброшенные на свалку, подвергаются ферментации и выделяют биогаз, который из санитарных соображений обычно вынуждены рекуперировать и сжигать, даже если их термическое использование невозможно.

Проникновение воды на свалку является важным фактором ее продуктивности.

Свалка образует обширный естественный реактор, однако очень несовершенный, в котором реакции протекают очень медленно. Счет идет на годы, и требуется от 10 до 30 лет, чтобы свалка почти полностью произвела свой газ.

Можно оценить производство рекуперируемого газа величиной порядка от 50 до 100 кВч в год на тонну кухонных отбросов. Для новой свалки эта производительность будет достигнута за десяток лет.

Для закрытых свалок можно принять, что доля наиболее отдаленных лет уменьшается (вдвое за 10 лет).

Приведенные выше значения дают лишь порядки величин. Возможности рекуперации свалки уточняются систематическим зондированием, измерениями расхода и объема рекуперированного газа, регулярными анализами и, наконец, изучением продуктов, выброшенных на свалку.

Техника рекуперации биогаза использует совокупность вертикальных колодцев, соединенных межды собой сетью горизонтальных коллекторов, в конце которой извлекается биогаз. Вакуум всасывания на колодцах должен быть на достаточно малом уровне во избежание или для уменьшения подсоса воздуха через защитное покрытие свалки.

2.6.3.3. Состав и характеристики биогаза

Приводимые ниже значения даны для сведения. Могут наблюдаться значительные отклонения.

Основные составляющие:

СН4-60%,

СОг-40%.

Второстепенные составляющие:

HaS - от нескольких сот до нескольких тысяч р.р.т.,

НгО - в виде пара при условии насыщения, С,Н„- несколько р.р.т..

1 ООО кг органической массы

Отходы свалки (85 кг) Железосодержащие металлы (40 кг)

Продукты размола Загрузка экстрактора (875 кг) -

Потребление на собственные нужды Обогрев экстрактора

150кВт. ч-

Тепло низкого уровня

Горючие отходы (155 Ю-)

Остаточное сухое вещество (475 кг) 55-60% В. С.

Биогаз (125 м) (Н). или 790 кВт • ч В.Т.С. 60% СН4 - 40% СОг

600 кВт • ч

Тепло высокого и низкого уровня

Баланс вещества и энергии эавода Valorga.