Производство на Биогаз

Процесът на анаеробно разграждане на органичен материал произвежда биогаз. Основно се състои от метан (50-70%), въглероден двуокис и малко количество от смесени газове, включително сероводород. Биогазът е екологично чист газ, който може да се използва по множество начини. Може да се гори от специални двигатели за производство на възобновяема електроенергия и топлина. Алтернативно, определени технологии могат да пречистят биогаза като премахват въглеродния двуокис и другите вредни газове. Резултатът от този процес на пречистване е биометан газ, който типично съдържа над 99% метан с почти идентични свойства на природния газ. Този изключително ценен газ може да се оползотвори по различни начини. Може да бъде инжектиран в националната газова мрежа или да се съхранява, транспортира и използва там, където е необходим. Може да се ползва като транспортно гориво. Затова биометанът е едно от най-важните биогорива за нашето зелено бъдеще. Производство на биогаз е наистина ключов процес за нашата бъдеща кръгова икономика.

Анаеробното разграждане е екологично устойчиво и икономично решение за обработка на почти всички видове органични отпадъци. Те включват хранителни отпадъци, отпадъци от агрикултурата и ферми (животинска тор, зърнени отпадъци и др.), отпадъци от фабрики за производство на храни и напитки, градински отпадъци и други. Освен това, много фермери отглеждат енергийни зърнени култури като енергийна царевица и хибридна ръж, които се отглеждат специално за биогаз. Някои от тях се развъждат между циклите на отглеждане на хранителни зърнени култури. Това дава възможност на фермери да оползотворяват земята си по-ефективно като произвеждат ценни култури, които им носят допълнителен доход, подобряват състоянието на земята им и същевременно допринасят за устойчиво развитие.

Какво се Случва с Органичните Отпадъци?

Повечето органични отпадъци по света все още се депонират. Там те се разграждат и произвеждат метан, който се отделя в атмосферата и причинява огромно замърсяване. Метанът е изключително потентен вреден газ, който при еднакъв обем причинява 20 пъти повече замърсяване от въглеродния двуокис (СО2). Причината е, че той може да задържа топлина много по-ефективно. Освен това, органичните отпадъци в сметищата генерират отпадъчни води, които са сериозно предизвикателство. В много държави по света, сметищата нямат мерки за събиране на отпадъчните води. В резултат, те се оттичат свободно в естествените природни водоизточници (като реки и езера), причинявайки огромно замърсяване.

В последно време смесени битови отпадъци, които съдържат органични отпадъци, се горят в инсталации за изгаряне (най-популярния вид инсталации за добиване на енергия от отпадъци). Изгарянето произвежда ток и топлина. Въпреки че като цяло е ефективен метод за намаляване на депониране на отпадъци, определено не е особено удачен и екологично устойчив начин за обработка на органични отпадъци.

Производство на Биогаз – По-добрата Алтернатива

Когато органичните отпадъци са сравнително чисти или могат да бъдат отделени от смесените, анаеробното разграждане е познато като най-добрия метод за обработка. Биогаз инсталации извличат енергийното съдържание като го превръщат в полезен газ. За разлика от други възобновяеми технологии като вятърна и соларна енергии, производството на биогаз е много ефикасно и позволява съхранение на произведената енергия. Специални двигатели могат директно да го изгарят и да произвеждат възобновяема електроенергия и топлина по един балансиран и непрекъсващ начин, стабилен за електрическата мрежа. Алтернативно, биогазът може да бъде пречистен и да стане биометан (почти чист метан). Той също може да бъде съхраняван, транспортиран и използван там, където и когато е нужен. Биометанът е много полезен и в газова, и в течна форма. Има сходни свойства с природния газ, но е възобновяемо биогориво. Предлага също и множество ползи и играе основна роля за екологичното пречистване на газовите мрежи и транспортния сектор.

Остатъците от анаеробното разграждане при производството на биогаз представляват богата на полезни елементи естествена тор. Тя е с множество доказани ползи за агрикултурата. Замества традиционните химични като по този начин фермерите спестяват разходи и се намалява екологичното замърсяване. По този начин производството на биогаз е ефективно решение за органичните отпадъци, което изцяло елиминира депонирането им.

Завод за производство на биогаз
Суровини за производство на биогаз
Схема за производство на биогаз
GE Jenbacher CHP двигател

Как Енвитек Може Да Ви Помогне

В Енвитек имаме значителен опит в производство на биогаз и необходимите технологии. Ние работим с някои от водещите технологични доставчици, които покриват цялата гама от технологични процеси. Нашите селектирани технологии включват мокро и сухо анаеробно разграждане, мезофилни и термофилни инсталации за обработка на всякакви видове органични отпадъци. Можем да помогнем за инсталации за обработка на агрикултурни или хранителни отпадъци, както и за сложни комбинации от отпадъци от различен тип и източници. Освен това, ние също покриваме сложния сектор за пречистване на биогаз с цел производство на биометан. Нашите значителен опит и знания за различните пречиствателни технологии, от мембрани до водно и аминно промиване и др., ни дава възможност да проектираме и изградим подходящите системи, които покриват нуждите на всеки проект.

Ние можем да консултираме за отделните етапи на разработване и експлоатация или да сме цялостен изпълнител, управляващ цялостен проект от начало до край. Ние анализираме всички аспекти, включително захранващите органични субстрати, местоположение и план на инсталацията, подходящи технологии, както и оползотворяване на произведената енергия и остатъчна тор от процеса. Свържете се с нас, за да обсъдим нуждите за Вашия проект. Ние работим в различни държави по света и сме сигурни, че ще създадем решение за инсталация за производство на биогаз, която е сред най-ефикасните и икономични на пазара. Може да продължите да четете тази страница, за да научите повече за производство на биогаз.

Биогаз завод 2
Строеж на биогаз завод

Процесът на Анаеробно Разграждане

Процеса за производство на биогаз

Процесът на анаеробно разграждане е натурален и има четири етапа. Всеки етап разгражда органичните вещества на по-малки частици

  1. Хидролиза – този етап разгражда сложните полимери (въглехидрати, мазнини и протеини) до прости захари, аминокиселини и мастни киселини. Въглехидратите (дълги вериги от прости захари) се превръщат на глюкозни молекули. Протеините (дълги сгънати вериги аминокиселини) стават индивидуални аминокиселини. Мазнините (главни групи и вериги мастни киселини) се преобразуват като киселинните вериги се отделят и разграждат на по-малки частици.
  2. Ацидогенеза – простите захарни молекули, мастни киселини и аминокиселини се разграждат до алкохоли и летливи мастни киселини (например етанол и пропионова киселина), както и въглероден двуокис, амоняк и сероводород.
  3. Ацетогенеза – летливите мастни киселини и алкохоли се превръщат във водород, въглероден двуокис и оцетна киселина.
  4. Метаногенеза – микроорганизми, познати като архибактерии, превръщат останалия водород и оцетна киселина в метан, вода и още въглероден двуокис.

Процесът може да бъде мезофилен (при 30-40°C) за средно 30 дни или термофилен (при 50-60°C) за средно 15 дни.

Заводи за Производство на Биогаз

Инсталации за анаеробно разграждане с цел производство на биогаз съществуват с различни форми и размери. Обикновено те включват съоръжения като входящи системи, системи за предварително третиране, ферментори (където процеса на анаеробно разграждане се случва), хранилища за съхранение на остатъците от процеса, както и двигател за горене на биогаз или допълнителна инсталация за пречистване и производство на биометан. Включват се също и пречистващи системи за премахване на вредни газове от биогаза (като сероводород). Често те са тип активен въглен.

Процеса на Производство на Биогаз

Съществуват различни технологии за производство на биогаз, въпреки че основния принцип на действие е еднакъв. Той е доста сложен, но основно включва следния процес:

  1. Приходящия материал (органичен отпадък) подлежи на предварително третиране. За твърди отпадъци това е обикновено смилане на по-малки частици.
  2. След това някои инсталации включват етап на пастьоризация, където отпадъка подлежи на топлинна обработка в специални системи. Обикновено това се случва при температура от 70-80°C за период от 1 час. За инсталации, обработващи хранителни отпадъци (например органичната фракция от смесени битови отпадъци), този етап е задължителен с цел унищожаване на вредните патогени.
  3. Отпадъкът после влиза в основните ферментори, които могат да бъдат един или повече в зависимост от размера на биогаз инсталацията. Основният процес на анаеробно разграждане се случва в такива херметически затворени ферментори при липса на кислород. Има вътрешни смесващи системи, които смесват съдържанието и гарантират, че просецът се случва навсякъде и равномерно за максимално производство на биогаз. Биогазът се събира в горната част на ферментора и се улавя. Някои инсталации разделят процеса на два етапа, където част се случва в първичния ферментор и след това останалата във вторичния. Като цяло той отнема между 15-30 дни в зависимост от технологията на разграждане.
  4. След обработката, остатъчният материал се отделя в отделно хранилище. Той е в течна форма и обикновено подходящи цистерни го доставят до ферми наблизо, където се разпръсква като естествена тор. Като алтернатива, някои инсталации включват системи за изсушаване с цел постигане на суха естествена тор. Обемът е значително по-малък от течния и потенциално има пазарна стойност (в зависимост от местните закони и пазарни условия).
  5. Биогазът се отвежда от ферментора и преминава през пречиствателна система. Тя премахва вредни газове и го подготвя за изгаряне в специален двигател.
  6. След това биогазът се изгаря в специален двигател, който произвежда възобновяема електроенергия и топлина. Електроенергията обикновено се продава в мрежата на местната електрическа компания или на местни потребители на ток. Приложения за топлината са най-различни и зависят от конкретните местни фактори. Добър пример е отопление на населено място в близост до инсталацията.
  7. Вместо изгаряне, допълнителна инсталация може да се добави за пречистване на биогаз, който се превръща в биометан (почти чист метан). Това дава възможност за много ефикасни начини на употреба (вижте по-долу за повече информация).

Като цяло, биогаз технологиите се делят на две категории – мокри и сухи. Разликата е основно в процентното съдържание на сухо вещество във ферменторите. Това в последствие влияе на целия процес на разграждане.

Инсталации за Мокро Анаеробно Разграждане

Повечето работещи биогаз инсталации по света са от типа мокро анаеробно разграждане. Обикновено ферменторите работят при много ниско съдържание на твърди частици (около 8-10%). Поради това, в зависимост от приходящия материал, е необходимо разреждане с вода или други подходящи течни отпадъци. Въпреки многото възможности, най-често срещания вид ферментори са с постоянно разбъркване на вътрешното съдържание. Те включват смесващи системи, които осигуряват оптимално разграждане и генериране на биогаз от органичните вещества. Ниското съдържание на твърди частици дава възможност за ефективно разбъркване.

Ферменторите има различни пропорции, въпреки че обикновено те са по-широки вместо високи. Някои имат 1:1 пропорции на диаметър и височина. Освен това, инсталациите функционират при мезофилен или термофилен процес като съществуват водещи доставчици на технологиите, които са експерти за всеки от двата процеса. Термофилни инсталации произвеждат биогаз по-бързо и изискват по-къс резидентен период за органичните вещества. По този начин, за даден обем отпадъци, инсталациите заемат по-малка площ земя от мезофилните такива.

Инсталациите от тип мокро анаеробно разграждане са идеални за приложение в селското стопанство, където обикновено приходящите отпадъци включват течни торове в допълнение към зърнени култури и други вещества. Остатъчният материал от тези инсталации също е доста течен и големите инсталации се нуждаят от значителна обработваема земя, на която да се разпръсне като естествена тор освен, ако планират изсушаването му. Това е важен аспект от планирането на биогаз проекти.

Инсталации за Сухо Анаеробно Разграждане

Някои биогаз инсталации използват технологии за сухо анаеробно разграждане. Те се справят със значително по-високо съдържание на твърди частици, което може да е 25-50%. Следователно, те са подходящи за обработка на хранителни и други твърди отпадъци. Тези инсталации са също особено подходящи за обработка на отделената органична фракция от битови отпадъци, например от инсталации за Механично Биологично Третиране (МБТ).

Тези биогаз инсталации обикновено работят при термофилен процес (50-60°C). Съществуват различни подходящи технологии. Някои включват високи вертикални ферментери, където отпадъците влизат от горната част и остатъчният материал излиза отдолу. Други използват хоризонтални ферментери, при които отпадъците постепенно преминават от единия край към другия. Агитатор постоянно разбърква съдържанието като постепенно бавно го придвижва към изходящия край, откъдето излиза от ферментора след около 15 дни. Основно преимущество на инсталациите от типа сухо анаеробно разграждане е, че те се справят добре с доста твърди отпадъци и се нуждаят от много по-малка земна площ, за да обработват големи обеми отпадъци. От друга страна, някои подобни системи генерират по-малко количество биогаз за даден обем приходящ отпадък. Това е заради по-неефективното разбъркване спрямо инсталациите за мокро анаеробно разграждане.

Агрикултурен биогаз завод
Животинска тор за производство на биогаз
Схема на типичен завод за производство на биогаз
Примерна схема на ферментор за мокро анаеробно разлагане
Конструкция на мокър биогаз ферментор
Мискираща система за биогаз ферментор
Мокър биогаз завод
Ферментор за сухо анаеробно разлагане

Производство на Биометан

Мембрани за пречистване на биогаз
PSA инсталация за пречистване на биогаз
Инсталация за водно пречистване на биогаз

Чрез допълнително третиране (подобряване) биогаза може да бъде пречистен като се премахват различни вредни примеси, особено сероводород (H2S), както и въглероден двуокис и вода. След допълнителна обработка, може да се достигне качеството на природен газ (почти чист метан). Този процес е алтернатива на типичното изгаряне на биогаз с цел производство на ток и топлина. Резултатът е биометан, който обикновено съдържа над 98% метан, а в някои случай може да е и до 99.9% чист метан. Той има сходни свойства с природния газ и може да бъде инжектиран в газопреносната мрежа. По този начин дава възможност на градските райони и търговските обекти да бъдат снабдявани с възобновяема енергия.

Освен това, биометанът може да бъде втечнен и се използва като транспортно гориво. В някои държави вече има камиони и превозни средства от градската мрежа, които работят на биометан. Употребата на биогаз чрез превръщане в биометан е изключително ефективна и позволява биогаз да се използва там, където и когато е необходим. Другите много по-неефективни възобновяеми източници като соларни и вятърни паркове не могат да предложат подобна употреба и ефективност.

Технологии за Пречистване

Съществуват множество технологии за допълително пречистване (подобряване) на биогаз с цел получаване на биометан. Всички те имат преимущества и недостатъци и са подходящи в зависимост от конкретните случаи. Най-популярните технологии включват:

  • Мембранно подобряване– технология за пречистване чрез използване на специални мембрани. Обикновено се случва като многоетапен процес. Може да бъде газово разделяне под високо налягане с газови фази от двете страни на мембраните или разделяне чрез абсорбация от течности при ниско налягане, където течност абсорбира молекулите, преминаващи през мембраните.
  • Адсорбация под налягане (PSA)– тази технология разделя газовете под налягане. При температура почти равна на околната, газовете се адсорбират според техните молекулни характеристики и афинитет към адсорбиращия материал. Молекулните сита адсорбират въглеродния оксид, докато активният въглен, активираният алуминиев оксид или силика гел адсорбират въглеродния двуокис.
  • Пречистване с вода с високо налягане– тази технология премахва въглеродния двуокис сероводород чрез вода, тъй като те са по-разтворими във вода, отколкото метана. Това е физичен процес, където биогаз под налягане се подава към дъното на пълна колона, в която вода се подава от горната част. Процеса на разтваряне се случва срещу посоката на течение.
  • Физична абсорбация– подобна технология на водното пречистване, където органичен разтворител, като полиетилен гликол, абсорбира въглероден двуокис.
  • Химична абсорбация– използва различни абсорбционни средства, като например органични амини, поради което често се нарича аминно промиване. Въглеродният двуокис се свързва химически с течност, но също така реагира химически с амина.
  • Криогенно подобряване – не толкова често срещана, колкото другите технологии, тъй като използва много енергийно-интензивен процес. Биогазът се компресира, след което се охлажда и след това разширява. Процесът кондензира въглеродния двуокис и след това метана при дори по-ниска температура. Различните компоненти на газа след това се дестилират селективно при различните температури на кипене. Това води до газове с висока чистота.

Ползи от Производство на Биогаз

Производството на биогаз предлага много предимства. Някои от тях се отнасят общо за нашето общество, а някои са специфични за селското стопанство, както и частния и обществения сектор.

  • Генерира възобновяема енергия с изключително ниска въглеродна стойност от органични отпадъци, като по този начин намалява зависимостта от изкопаеми горива

  • Намалява разходите за управление на отпадъците и огромните нива на замърсяване, които причиняват органичните отпадъци в депата за отпадъци

  • Предлага значителни възможности за доходи за собствениците и операторите на инсталациите за производство на биогаз, особено когато има държавни субсидии за възобновяема енергия

  • Ефективно генерира електричество за базово натоварване, за разлика от други периодични възобновяеми енергийни източници, като по този начин гарантира сигурността и стабилността на доставката на електрическата мрежа

  • Гъвкаво използване – позволява съхранение на енергия, тъй като биогазът може да се съхранява, транспортира и използва на други места, използван за местните енергийни нужди или пречистен до биометан и използван както за инжектиране на мрежата, така и като транспортно гориво

  • Това е решение за органични отпадъци, което елиминира депонирането им – вторичният продукт е богат на хранителни вещества тор, който е от полза за земеделието

  • Намалява вложените суровини – богатия на хранителни вещества остатъчен материал отменя необходимостта от химически базиран (изкуствен) тор. Енергийното производство на място измества нуждата от изкопаеми горива. Използването на енергийни култури, между цикъла на хранителните такива, подобрява естественото управление на вредители и болести.
  • Увеличава производителността – остатъчният материал помага за поддържането на рН киселинността и плодородието на почвата. Подобрява добивите, използва се пределната земя, реколтата на енергийните култури извън сезона увеличава финансовата възвращаемост и защитава почвата. Земеделските производители могат да разнообразят доходите си чрез продажба на енергия и естествена тор.
  • Значителни доходи – потенциално големи печалби за фермерите, инвестиращи в притежаването и експлоатацията на инсталация за производство на биогаз, особено когато има добри държавни субсидии за производство на възобновяема енергия
  • Чрез отделянето на хранителните отпадъци при източника, хората могат да идентифицират и намалят количеството храна, която изхвърлят, като по този начин също намаляват сметките за храна
  • Анаеробното разграждане произвежда достъпен възобновяем газ, намалявайки зависимостта от изкопаеми горива и защитава потребителите от непредсказуеми цени на енергията
  • В много случаи местните домакинства в близост до инсталации за производство на биогаз се възползват от ниски разходи за доставка на топлинна енергия
  • Използването на биометан в транспорта подобрява качеството на въздуха
  • Намаляването на скъпото депониране на отпадъци, както и на изгарянето дава възможност повече данъци да се оползотворяват в полза на училища, болници, пътища и др., вместо за управление на отпадъците
  • Хиляди работни места се създават в различни сектори като инженеринг, производство, строителство, транспорт, събиране на отпадъци и земеделие
  • Производството на биогаз предлага много предимства. Някои от тях се отнасят общо за нашето общество, а някои са специфични за селското стопанство, както и частния и обществения сектор.
  • Генерира възобновяема енергия на достъпна цена, намалявайки въздействието на използването на енергия, получена от изкопаеми горива
  • Намалява вредните емисиите от транспорта с много по-ниски емисии на NOx и твърди частици
  • Предлага значителни икономии като цяло, като намалява разходите за изхвърляне и транспортиране на отпадъците
  • Компаниите стават „зелени“, подобряват екологичния им имидж и създават позитивен PR
  • Осигурява възможности за инвестиции и растеж
  • Компенсира разходите за събиране на отпадъци чрез производство на енергия
  • Помага за постигането на целите за рециклиране и отклоняване на отпадъците от депата за отпадъци
  • Намалява разходите, свързани с депонирането на отпадъци или изгаряне
  • Получава обществена подкрепа за устойчиво управление на ресурсите
  • Намалява разходите за управление на отпадъците, освобождавайки средства, които могат да бъдат инвестирани в подобряването на други важни обществени услуги
  • Предоставя изгоден източник на възобновяема енергия, който допринася за бъдещата енергийна сигурност
  • Преодолява периодичното нестабилно генериране на енергия от други възобновяеми енергийни източници като вятър и слънчева енергия
  • Предоставя нискоемисионно и евтино гориво за общинските превозни средства като камиони за събиране на отпадъци, обществен транспорт и тежкотоварни автомобили
  • Подобрява качеството на въздуха чрез намаляване на емисиите на NOx и частици
  • Създава хиляди допълнителни работни места както в градските, така и в селските райони

Можете Да Се Възползвате

Можете значително да намалите разходите Ви за изхвърляне на отпадъци и да подобрите Вашия екологичен имидж. Независимо дали сте община или компания от всякакъв мащаб, ние можем да Ви помогнем с правилното решение. Вижте по-долу за повече информация.

Компании
Общини