바이오가스 기술. 계획, 설명

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바이오에너지 설비. 바이오가스 생산 기술. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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바이오가스 생산의 기초가 되는 발효는 최종 생성물인 메탄 CH를 생성합니다.₄ (55 - 65%), 이산화탄소 CO₂ (30 - 35%), 수소 H₂ (3 - 5%), 소량의 황화수소 및 암모니아. 본질적으로 발효는 가수분해, 산 및 메탄 발효라는 세 가지 생물학적 과정을 결합합니다.

짚 배설물에서 나오는 바이오가스 생산량은 소 두 마리당 하루 약 1~1,8mXNUMX입니다.

바이오가스의 평균 발열량은 20 - 23 MJm3입니다.

바이오가스와 함께 가축 및 가금류 폐기물의 혐기성 소화는 병원성 미생물, 기생충 알, 잡초 종자, 아질산염 및 질산염, 특정 배설물 냄새가 없는 귀중한 환경 친화적인 비료를 생산합니다.

가축, 가금류 및 농공업 가공 기업의 폐기물을 활용하여 바이오가스를 생산할 가능성은 매우 큽니다.

도시 고형 폐기물(MSW)에서 바이오 가스 생산

최근 수십 년 동안 전 세계적으로 소비가 급격히 증가하면서 도시 고형 폐기물(MSW) 발생이 크게 증가했습니다. 전 세계적으로 고형 폐기물을 처리하는 주요 방법 중 하나는 지표 근처의 지질 환경에 매장하는 것입니다. 이러한 조건에서 폐기물은 강렬한 생화학적 분해를 거치며, 특히 매립가스(LFG)가 생성됩니다. 자연 환경에 유입되는 SG 배출은 지역적 특성과 글로벌 특성 모두에 부정적인 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 세계 여러 선진국에서는 NG 배출을 최소화하기 위한 특별한 조치를 취하고 있습니다. 이는 실제로 매립 가스의 추출 및 활용을 포함하는 글로벌 산업의 독립적인 분야의 출현으로 이어졌습니다.

이러한 문제를 해결하기 위한 주된 방법은 SG를 추출하고 활용하는 기술이다. 매립지에서 매립가스를 추출하려면 다음과 같은 기본 다이어그램이 사용됩니다. 수직 가스 배수 우물 네트워크는 가스 파이프라인 라인으로 연결되며, 여기서 압축기 장치는 LPG를 사용 장소로 운반하는 데 필요한 진공을 생성합니다(그림 5.2). XNUMX). 수집 및 재활용 시설은 매립지 외부에 특별히 준비된 장소에 설치됩니다.

바이오에너지 설비. 바이오가스 기술
그림 5.2. 바이오가스 생산 및 활용을 위한 플랜트 블록 다이어그램

수직 우물은 고형 폐기물 매립지에서 SG를 추출하는 데 사용됩니다. 일반적으로 인접한 우물 사이에 50~100m 간격으로 매립지 전체에 고르게 위치합니다. 직경은 200~600mm이고 깊이는 매립체의 두께에 따라 결정되며 수십 미터가 될 수 있습니다. 유정을 굴착하기 위해서는 기존의 굴착 장비와 특수 장비를 모두 사용하므로 대구경 유정을 건설할 수 있습니다. 동시에 특정 장비의 선택은 경제적 이유에 따라 결정됩니다.

각 우물은 일반적으로 원통형 모양의 특정 고형 폐기물 블록을 배출합니다. 유정의 유속이 새로 형성된 SG의 양을 초과하지 않으면 유정 운영의 안정성이 보장될 수 있습니다. 기존 고형 폐기물 층의 가스 생산성 평가는 예비 현장 가스-지화학적 연구 중에 수행됩니다.

가스 배수 시스템의 건설은 운영 종료 후 고형 폐기물 매립지의 전체 영역에 걸쳐 수행되거나 적재 순서에 따라 매립지의 개별 구역에서 수행될 수 있습니다. 최소 10m 두께의 매립체가 SG 추출에 적합하다는 점을 고려해야 합니다. 또한 SG 수집 시스템의 건설이 계획된 고형 폐기물 매립지의 영역을 매립하는 것, 즉 최소 30~40cm의 토양층으로 덮는 것이 바람직합니다.

평균적으로 가스 생성은 매립지에서 10~50년 내에 끝나는 반면 특정 가스 생산량은 120~200mXNUMX입니다. m은 고형 폐기물 XNUMX톤당입니다. 가스 생산성과 공정 속도의 상당한 변화는 특정 매립지의 환경 조건에 따라 결정됩니다. 생물전환을 제어하는 매개변수에는 습도, 온도, pH 및 유기분획의 구성이 포함됩니다.

하수폐기물로부터 바이오가스 생산(WWW)

서유럽 국가에서는 20년 넘게 정수장 폐기물 처리 문제에 대한 실질적인 해결책을 찾기 위해 적극적으로 노력해 왔습니다.

WWS를 재활용하는 일반적인 기술 중 하나는 농업에서 비료로 사용하는 것입니다. SALT 총액에서 차지하는 비중은 그리스의 10%, 프랑스의 58%, 평균 36,5%입니다. 이런 종류의 폐기물 처리가 대중화되었음에도 불구하고, 농민들이 자신의 밭에 유해 물질이 축적되는 것을 두려워하면서 그 매력을 잃어가고 있습니다. 현재 많은 국가에서 농업에 폐기물을 사용하는 것이 금지되어 있습니다. 예를 들어 네덜란드에서는 1995년부터입니다.

폐기물 처리량 기준으로는 수처리 폐기물 소각이 10,8위(40%)를 차지하고 있다. 예측에 따르면 이 방법의 상대적으로 높은 비용에도 불구하고 향후 점유율은 XNUMX%로 증가할 것입니다. 보일러에서 슬러지를 연소하면 저장과 관련된 환경 문제를 해결하고 연소 시 추가 에너지를 얻을 수 있으므로 연료 및 에너지 자원과 투자의 필요성이 줄어듭니다. 석탄과 같은 화석 연료의 첨가제로 화력 발전소에서 에너지를 생성하기 위해 반액체 폐기물을 사용하는 것이 좋습니다.

폐수 소각에는 두 가지 가장 일반적인 서양 기술이 있습니다.

별도의 연소(액체 유동층(FLB) 및 다단계 노에서의 연소);
동시 연소(기존 석탄 화력 발전소 또는 시멘트 및 아스팔트 공장에서).

분리 연소 방법 중 액체층 기술을 사용하는 것이 널리 사용되며 LCS가 있는 화실이 가장 성공적으로 사용됩니다. 이러한 기술을 사용하면 미네랄 성분 함량이 높은 연료의 안정적인 연소를 보장할 수 있을 뿐만 아니라 연소 과정에서 연료에 포함된 석회석 또는 알칼리 토금속과 결합하여 배기가스의 황산화물 함량을 줄일 수 있습니다. 금연 건강 증진 협회.

폐수 처리 사용의 환경적 측면

화력발전소에서 연소되는 WWS, 경탄 및 갈탄의 화학적 조성을 비교하면 WWS와 갈탄의 원소 조성이 약간 다르다는 것을 알 수 있습니다. WWS(6,2% 수분)의 구성은 무연탄(24,5% 수분)보다 12%, 갈탄(5% 수분)보다 39% 적은 탄소를 함유하고 있습니다. 석탄에서 유황의 비중은 무연탄에 비해 0,2%, 갈탄에 비해 0,4%만 비중을 초과합니다. WWS의 질소 함량은 무연탄과 비슷하며 갈탄보다 2% 더 높습니다. 건물을 비교하면 WWS의 탄소 함량이 거의 30% 적고 황과 질소 함량이 거의 변하지 않은 것으로 나타났습니다.

OSV 재의 화학적 조성과 특성으로 인해 이를 도로 건설 자재(입자 직경 1mm 이상)로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 첨가제 또는 충전재로 덤프할 수도 있습니다.

가능한 폐기물 처리 옵션

하수 슬러지 처리를 위한 XNUMX가지 대체 옵션이 있으며, 이는 러시아 또는 유럽의 경험을 바탕으로 개발되었으며 실제 사용이 없는 새로운 비전통적 기술과 완전한 턴키 기술을 기반으로 합니다.

처리 시설의 드럼 건조로를 기반으로 한 사이클론로에서의 연소(러시아 기술 - "Tekhenergokhimprom", Berdsk)
처리 시설의 드럼 보일러를 기반으로 한 사이클론 용광로에서의 연소(러시아 기술 - Sibtekhenergo, Novosibirsk 및 Biyskenergomash, Barnaul)
새로운 유형의 다단계 용광로(서양 기술 - "NESA", 벨기에)에서 별도의 연소;
새로운 유형의 유동층 용광로(서구 기술 - 벨기에 "Segher")에서 별도의 연소;
새로운 사이클론로에서 별도의 연소(서구 기술 - 독일 Steinmuller)
기존 석탄 화력 CHP 발전소에서 동시 연소.

가금류 및 축산업 폐기물로부터 바이오가스 생산

다양한 출처의 재생 가능한 바이오매스 자원은 매년 대량으로 축적되거나 비효율적으로 사용됩니다.

우드칩, 연탄, 가스 및 액체 연료 형태의 연료를 생산하기 위한 적절한 기술과 장비의 도입으로 바이오매스의 효과적인 사용이 가능합니다.

리뷰의 축적된 실험 자료는 바이오매스의 광범위한 사용을 지지합니다.

바이오매스는 다양한 연료 유형 중에서 세계 4위입니다.
바이오매스는 14차 연료 및 에너지 자원의 35%를 차지하며, 개발도상국에서는 최대 XNUMX%를 차지합니다.
연료로 사용되는 바이오매스는 보다 환경친화적입니다. - 황 화합물 및 CO 수준의 배출이 더 낮습니다.₂ 분위기에서;
바이오매스로 운영되는 발전소의 투자 회수 기간은 2~4년을 초과하지 않습니다.

그러나 현재 바이오매스의 직접 연소와 혐기성 소화에 관한 별도의 연구가 진행되고 있다.

임업 및 농업 폐기물에서 바이오 가스 생산

에너지 부문에서 임업 및 농업 폐기물의 활용을 극대화하기 위해 필요한 제품의 방출 속도가 최대가 되는 온도까지 산소(공기)에 접근하지 않고 급속 가열하는 분해 공정이 개발되었습니다. 에너지 및 환경 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다.

빠른 열분해 공정의 매개변수, 방출된 제품의 구성 및 수량은 각 원료 유형에 대해 사전에 지정됩니다. 설치는 각 유형의 원자재에 맞게 설계되었습니다. 최대 처리 온도는 물질이 응축상에 존재하는 온도에 따라 결정됩니다.

물질의 고속 가열은 다음을 보장합니다: 환경에 대한 에너지 손실 최소화; 제품이 기체상으로 방출되는 화학 공정의 최대 속도; 최대 수분 농도와 그 용도. 물질의 가열 속도는 처리된 질량에서 발생하는 물리적, 화학적 과정의 속도를 초과해야 합니다. 액체 연료의 수율은 원료 유기량의 70%입니다. 예를 들어, 1톤의 톱밥으로 700리터의 액체 연료를 얻을 수 있습니다.

무기 성분 및 화학적 변형 제품(석탄 유사 잔류물)은 고체 상태로 남아 있습니다. 탄소 유사 잔류물의 양은 리그닌 함량에 의해 결정되며 항상 다른 처리 방법에서 얻은 잔류물의 양보다 적습니다.

액체 연료의 주성분을 얻기 위해 기체상을 응축합니다(이 과정에서 형성된 저분자량 생성물은 응축되지 않습니다). 응축 후 또는 응축 없이 기체상은 연소로 직접 보내질 수 있습니다. 연료의 주성분의 발열량(발열량)은 일반적으로 이러한 유형의 건조 연료의 발열량보다 큽니다. 따라서 목재의 발열량은 4500kcal/kg이고, 액체연료의 연소열은 5500kcal/kg이다. 액체 연료는 내연 기관의 모터 연료로 사용될 수 있습니다.

설비는 전기를 사용하거나 가공된 제품이나 원자재를 연소하여 작동됩니다.

공정의 장점: 가공 제품의 고속, 높은 전환율; 주요 설치 장치의 작은 크기; 가공 제품 단위당 낮은 에너지 소비; 반응 생성물로부터 얻은 에너지 비용이 저렴합니다.

하루 2톤의 가공 원료를 처리할 수 있는 설치 비용은 2,5만 루블입니다. 2톤의 톱밥을 처리하면 1,4톤의 액체연료가 얻어집니다. 연간 생산성은 액체 연료 500톤, 가격은 리터당 0,1달러, 연간 매출액은 50만 달러이며 투자 회수 기간은 3년이다.

저자: 마고메도프 A.M.

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