Motor cu biogaz. Utilizarea biogazului

Experiență în operarea unităților cu piston cu gaz folosind biogaz

1. Introducere

Provocarea energiei moderne este de a furniza surse de energie fiabile și pe termen lung, conservând în același timp resursele de combustibili fosili și protejând mediu. Acest lucru necesită o abordare economică a utilizării resurselor energetice existente și o tranziție către surse regenerabile. Un studiu realizat de Comisia Europeană a demonstrat că acest lucru este posibil.

Studiul a luat în considerare doar tehnologiile disponibile astăzi pe piață și a presupus că nivelul de trai în țările europene va fi egalat. Astfel, până în 2050, 90% din energia consumată ţările europene, poate fi bine produs folosind resurse de energie regenerabilă (Fig. 1). În același timp, prețul energiei electrice se va dubla, dar, în același timp, consumul de energie va scădea la jumătate. Aproape o treime din energie va fi produsă din biomasă.

Figura 1 - Consumul de energie în Europa (studiu Comisiei Europene)

Biomasa este un termen general pentru produse și deșeuri organice (nămol, reziduuri de cereale, semințe oleaginoase și culturi de zahăr), deșeuri industriale și menajere, lemn, deșeuri industria alimentară etc. Biomasa uscată poate fi utilizată imediat ca combustibil, în alte cazuri poate fi transformată în biogaz prin „fermentare”, gazeificare sau evaporare (Fig. 2).

Figura 2 - Utilizarea biomasei

2. Generarea de biogaz

În natură, biogazul se formează în timpul descompunerii compușilor organici în condiții anaerobe, de exemplu în mlaștini, pe malurile rezervoarelor și în tractul digestiv al unor animale. Astfel, fizica proceselor naturale ne arată modalități de obținere a biogazului.

Producția industrială necesită dezvoltarea unei tehnologii complexe care include componente precum un rezervor de stocare a biomasei, un reactor de biogaz (fermentator) în care are loc fermentația și un rezervor de biogaz cu sistem de purificare (Fig. 3).

Figura 3 - Productie energie electrica la utilizarea biogazului

Aproape toată materia organică este descompusă prin fermentație. În condiții anaerobe, microorganismele implicate în procesul de fermentație sau descompunere se adaptează la substratul original. Datorită faptului că fermentația are loc într-un mediu umed, biosubstratul ar trebui să conțină aproximativ 50% apă. Descompunerea biologică are loc la temperaturi cuprinse între 35 °C și 40 °C. În timpul fermentației anaerobe, are loc un proces în mai multe etape care transformă substanțele organice din compuși cu greutate moleculară mare în compuși cu greutate moleculară mică care pot fi dizolvați în apă. La un moment dat, substanțele dizolvate se descompun, formând acizi organici, alcool cu ​​rezistență scăzută, hidrogen, amoniac, hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. Pe de altă parte, bacteriile transformă substanțele în acizi acetic și formic și, prin procesul de metanogeneză, le descompun, formând metan.

4 HCOO H → CH 4 + 3 CO 2 + 2 H 2 O

În același timp, conținutul de CO 2 este redus de hidrogen, rezultând formarea metanului.

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Gunoiul de grajd lichid este adesea folosit ca materie primă pentru producerea de biogaz. Pentru a crește randamentul gazului se pot adăuga așa-numitele coenzime, datorită cărora se omogenizează producția de biogaz, al cărui volum depinde de substratul utilizat (Tabelul 1).

Tabelul 1 - Randamentul de biogaz pentru diferite tipuri de biomasă

3. Calitatea biogazului și pregătirea lui pentru utilizare

Calitatea biogazului și prepararea gazului combustibil nu depind de materia primă utilizată sau de viteza procesului. În tabel. 2 prezintă o comparație a compoziției diferitelor tipuri de gaz.

Tabelul 2 - Compoziția comparativă aproximativă a gazelor combustibile

Deoarece biogazul conține componente dăunătoare, cum ar fi sulf, amoniac și uneori siliciu, precum și compușii acestora, posibilitățile de utilizare a acestuia sunt limitate. Aceste componente pot cauza uzură și coroziune pe motoare. ardere internă prin urmare, conținutul lor în gaz nu trebuie să depășească standardele stabilite de MWM. În plus, gazele de eșapament nu pot fi răcite la o temperatură sub 140...150 °C, altfel condensul acid se va acumula în schimbătoarele de căldură și în partea inferioară a sistemului de canale de gaze de eșapament.

Există mai multe moduri de a elimina sulful din gazul combustibil. În timpul tratamentului biologic, aerul este furnizat în zona de gaz din fermentator. Ca urmare a oxidării hidrogenului sulfurat de către bacterii, sulful și sulfatul sunt separate, care sunt îndepărtate cu componentele lichide. O altă metodă este precipitarea chimică. În acest caz, la soluția din fermentator se adaugă triclorura de fier. Aceste metode s-au dovedit în stațiile de epurare a apelor uzate.

Cele mai optime rezultate sunt obținute la purificarea gazului folosind cărbune activ și nu numai sulful, ci și siliciul este îndepărtat din gaz. În acest caz, calitatea biogazului corespunde calității gazului natural, iar utilizarea unui neutralizator de gaz catalitic oxidativ asigură o reducere suplimentară a nivelului de emisii de gaze de eșapament.

4. Utilizarea biogazului pentru centrale termice bazate pe motoare cu piston pe gaz

MWM GmbH (fostă Deutz Power Systems) produce unități cu piston cu gaz turbo cu ardere slabă în domeniul de putere nominală de la 400 la 4300 kW (Fig. 4). Aceste motoare sunt adaptate la fluctuațiile în compoziția componentelor biogazului și sunt optimizate pentru funcționarea pe gaze cu compoziții complexe.

Figura 4 - Gama de putere motoare pe gaz MWM GmbH (fostă DEUTZ Power Systems)

Evaluările sunt date în conformitate cu ISO 3046. Specificațiile au caracter informativ și nu sunt valori obligatorii.

MWM GmbH are o vastă experiență în operarea motoarelor cu piston cu gaz folosind gaze de depozitare și apă uzată (primele astfel de modele au început să funcționeze în urmă cu aproape 100 de ani folosind gaze de apă uzată) și folosește experiența acumulată pentru îmbunătățiri suplimentare. gama de modeleși creșterea fiabilității sistemelor de cogenerare fabricate. (Fig. 5)

Figura 5 - Dezvoltarea motoarelor cu piston pe gaz (pentru perioada 1988 - 2002)

Sarcina principală în acest caz este de a face motoarele mai rezistente la efectele substanțe nocive conținute în gaz. Diverse impurități formează acizi care afectează negativ componentele motorului, în primul rând rulmenții. Un astfel de impact negativ poate fi eliminat, pe de o parte, prin optimizarea modului de funcționare și prin modificări ale tehnologiei de fabricare a rulmenților, pe de altă parte.

Dacă utilizați unitatea la o temperatură ulei lubrifiantîn jur de 95 °C (la admisia motorului) și evitați opririle și pornirile frecvente, riscul formării de acid din cauza condensului în carter în timpul fazei de răcire poate fi redus. În legătură cu cele de mai sus, ori de câte ori este posibil, motorul trebuie să funcționeze fără oprire. Acumularea de gaz într-un volum suficient în depozitul de gaz va asigura o alimentare continuă cu combustibil, care este necesară pentru funcționarea neîntreruptă a motorului pe gaz.

Experiența acumulată în exploatarea motoarelor cu biogaz a arătat că trebuie utilizate materiale speciale pentru rulmenți. Pe măsură ce randamentul motorului și presiunea de funcționare cresc, sunt necesari rulmenți cu sarcini mai mari. În zilele noastre, rulmenții pulverizați sunt utilizați pe scară largă, care asigură toate cerințele de fiabilitate. Datorită suprafeței lor dure continue, acestea sunt mai rezistente la substanțele agresive conținute în gaz și ulei lubrifiant decât rulmenții tradiționali cu bile cu caneluri (Figura 6).

Figura 5 - Comparația presiunii maxime a filmului de lubrifiant

Calitatea uleiului de lubrifiere are un impact semnificativ asupra duratei de viață și a uzurii motorului. Prin urmare, în timpul funcționării, trebuie utilizate numai acele mărci de ulei pe care producătorul motoarelor pe gaz le-a aprobat pentru acest tip de gaz. Intervalele de schimbare a uleiului sunt determinate la punerea în funcțiune a centralei pe baza rezultatelor unei analize de calitate a uleiului. În timpul funcționării motorului, calitatea uleiului de lubrifiere este monitorizată în mod constant, după care se ia decizia înlocuirii acestuia. Prima analiză a uleiului se efectuează după 100 de ore de funcționare, indiferent de tipul de gaz combustibil. Intervale întreţinere pentru supape se determină în mod similar.

Pentru a extinde intervalele de schimbare a uleiului de lubrifiere, cantitatea de ulei de lubrifiere din cadrul bazei motorului trebuie mărită. În acest scop, MWM oferă clienților săi unități cu volum de ulei crescut în cadrul motorului. Uleiul este furnizat în mod constant circuitului de lubrifiere, trecând în diagonală prin cadrul de bază (Fig. 10):

Figura 6 - Alimentare cu ulei lubrifiant

Pe lângă caracteristicile de proiectare ale motoarelor în sine, sistemul de monitorizare și control TEM (Total Electronic Management from MWM) joacă un rol important în asigurarea funcționării sigure și fiabile a unităților de biogaz. Acesta determină toate stările de funcționare, temperatura, presiunea etc. și, pe baza datelor obținute, stabilește puterea optimă a motorului la eficienta maxima fără a depăşi limitele de emisie stabilite. Sistemul TEM are opțiunea de a crea grafice analitice ale modificărilor parametrii operaționali stație - acest lucru vă permite să identificați rapid neregulile operaționale și să răspundeți rapid la acestea.

Compania furnizează centrale electrice complete care funcționează cu biogaz. Acestea includ o unitate cu piston cu gaz, un cazan de căldură reziduală, un amortizor de zgomot, neutralizatoare de gaz catalitic, un sistem de purificare a gazului cu cărbune activ și, dacă este necesar, sistem suplimentar purificarea ulterioară a gazelor de evacuare. (Fig. 7).

Figura 7 - Exemplu de layout mini-CHP ( click pe imagine pentru marire)

În fig. Figura 8 prezintă investiția de capital specifică și costurile medii de întreținere pentru centralele pe biogaz. Datele rezumă experiența de operare a unităților din seriile TBG 616 și TBG 620. Acestea includ costurile unității cu piston cu gaz, schimbătoarele de căldură pentru lichidul de răcire și gazele de eșapament, amortizoarele, precum și costurile instalației de distribuție, inclusiv instalarea și conductele. . Din 2005, unitățile din seria TBG au fost actualizate la seriile TCG 2016 C și, respectiv, TCG 2020.

Figura 8 - Capital și costuri de întreținere

În 2009, după următoarea modernizare a gamei de modele, pentru seria TCG 2020 a fost posibilă atingerea unui randament electric egal cu 43,7% pentru unitatea de cogenerare TCG 2020 V20, iar puterea electrică a motoarelor pe gaz cu 12 și 16 cilindri a fost mărită. la 1200 și, respectiv, 1560 kW. O modernizare majoră a afectat și unitatea TCG 2016 V08. Puterea electrică a acestei unități a fost crescută la 400 kW, iar eficiența electrică a crescut la 42,2%. În plus, eficiența electrică și puterea de ieșire sunt aceleași atât la utilizarea gazelor naturale, cât și a biogazelor.

5. Utilizarea practică a diverselor tipuri de materii prime pentru producerea de energie

În Brandenburg(Germania) a fost instalată o centrală electrică care produce biogaz din alimente și deșeuri menajere (foto 1). Aproximativ 86.000 de tone de deșeuri biologice sunt eliminate anual.

Foto 1 – Uzina de biogaz din Alteno

Procesul de producere a biogazului se desfășoară într-o anumită secvență. După îndepărtarea componentelor nereciclabile, deșeurile biologice sunt zdrobite și amestecate, iar masa rezultată este încălzită la 70 °C pentru a ucide organismele patogene. Deșeurile sunt apoi trimise la două fermentatoare, fiecare dintre ele deținând 3.300 m3 de biomasă. Microorganismele descompun biomasa (în aproximativ 20 de zile), ducând la formarea de biogaz și a unei cantități reziduale de lichid, care este apoi stoarsă, iar reziduul uscat este din nou procesat biologic ca compost.

Biogazul este alimentat de două motoare cu piston pe gaz TBG 616 V16K produse de Deutz Power Systems, putere electrică fiecare dintre ele este de 626 kW, termică - 834 kW. Energia electrică generată este introdusă în rețea, iar căldura este folosită pentru a genera gaz. Nivelurile de emisie ale substanțelor nocive sunt sub valorile limită specificate de standardul german TA-Luft.

Instalația de biogaz funcționează și în Eichigte la ferma de animale a Agrofarm 2000 GmbH. Compania cultivă 2.200 de hectare de teren arabil și 1.100 de hectare de pășune în Eichigt/Vogtland. O parte din recolta culturilor cultivate este folosită ca hrană pentru 1.550 de vaci, din care se obțin 10.650.000 kg de lapte pe an. În același timp, zilnic se formează de la 110 la 120 m 3 de gunoi lichid - acesta este „fermentat” în fermentator, rezultând producerea a 4000...4400 m 3 de biogaz. În gunoi de grajd se adaugă reziduuri furajere (până la 4 tone/zi), datorită cărora producția de gaz crește cu 20%.

Mini-CHP este instalat într-un container (foto 2), un motor TBG 616 V16 K este folosit ca unitate, a cărui putere electrică este de 459 kW, puterea termică este de 225 kW. Electricitatea este furnizată rețelei electrice, iar căldura este utilizată pentru nevoile casnice. Gunoiul de grajd lichid este folosit ca materie primă pentru biogaz.

Foto 2 - Unitate de cogenerare MWM (fostă DEUTZ Power Systems) în design container cu motor TBG 616 V16

Ciclul de reciclare a biomasei este practic fără deșeuri. Reziduurile produse în timpul procesului de „digestie” anaerobă sunt inodore și pot fi folosite pe câmp ca îngrășământ pe tot parcursul anului.

Concluzii

• Utilizarea deșeurilor agricole ca biocombustibil permite un ciclu închis de producție agricolă. Reziduul din digestia anaerobă este inodor și poate fi dus pe câmp sub formă de îngrășământ. Acest tip de îngrășământ este absorbit imediat de plante fără a polua solul sau apele subterane.
• Producția de energie din biogaz, în lumina crizelor energetice regulate, este considerată o sursă de energie regenerabilă promițătoare. Instalațiile de biogaz transformă energia solară stocată de plante în biogaz printr-un proces de descompunere biologică. Acest proces este neutru în ceea ce privește echilibrul CO 2 , deoarece numai cantitatea de dioxid de carbon care a fost absorbită anterior de plante în timpul fotosintezei este eliberată în atmosferă.
• Generarea de energie electrică și termică în instalațiile de biogaz este o tehnologie promițătoare care ajută umanitatea să devină independentă de rezervele limitate de combustibili fosili și, de asemenea, protejează mediul.
• MWM GmbH oferă clienților săi instalații pentru generarea de energie electrică și căldură bazate pe motoare pe gaz moderne, sigure și fiabile.

Articolul original a fost publicat pentru: a VI-a Conferință științifică internațională GAS ENGINES 2003 în Polonia, 02 - 06 iunie 2003

Una dintre principalele tendințe în designul modern motoare auto este de a le îmbunătăți caracteristicile de mediu. În acest sens, unul dintre cele mai bune opțiuni este motor cu biocombustibil, dintre care cel mai popular tip este bioetanolul.

Bioetanolul este alcool etilic, care se obține prin prelucrarea materialelor vegetale. Principala sursă pentru producția sa sunt culturile furajere bogate în amidon.

Caracteristicile unui motor cu biocombustibil

De remarcat că în acest moment practic nu se vorbește despre un motor care să funcționeze în întregime pe bioetanol. Acest lucru se explică printr-o serie de limitări obiective, pentru a le depăși, încă nu au fost găsite soluții eficiente.

Astăzi, bioteanolul este folosit pentru alimentarea mașinilor, în principal într-un amestec cu combustibili tradiționali - benzină și motorină. Ele pot funcționa doar cu un astfel de combustibil vehicule cu un motor FFV (vehicul cu combustibil flexibil).

Motorul de tip FFV este un motor cu ardere internă, care prezintă unele diferențe față de motoarele tradiționale. Deci, principalul caracteristici distinctive sunt:

• prezența unui senzor special de oxigen;
• utilizarea unui material special pentru fabricarea unui număr de garnituri;
• Software ECU care vă permite să determinați procentul de conținut de alcool din combustibil și să reglați funcționarea motorului în consecință;
• unele modificări de proiectare pentru a crește raportul de compresie, ceea ce este necesar datorită numărului octanic mai mare al etanolului în comparație cu benzina.

Astăzi, combustibilul pentru automobile care conține bioetanol este destul de popular în mai multe țări. Liderii aici sunt SUA și Brazilia. În Brazilia astăzi este aproape imposibil să cumpărați benzină care conține mai puțin de 20% bioetanol. Această tehnologie este populară și în mai multe țări europene, în special în țările scandinave.

Avantaje și dezavantaje

Bioetanolul ca combustibil are atât avantaje semnificative, cât și dezavantaje semnificative. Principalele avantaje ale biocombustibililor se referă în primul rând la indicatorii de mediu.

Bioetanolul este un combustibil netoxic care este complet solubil în apă. Când arde, nu se formează compuși periculoși pentru mediu sau sănătatea umană. Adăugarea de bioetanol la benzină reduce cantitatea emisii nocive până la 30% sau mai mult. În plus, bioetanolul este produs din materii prime naturale, regenerabile. Este adesea un produs secundar al producției non-deșeuri a altor tipuri de produse.

În plus, datorită numărului său octanic ridicat, utilizarea bioetanolului poate îmbunătăți unele caracteristici ale unui motor cu ardere internă. Inclusiv eficiența acestuia crește.

Unul dintre principalele dezavantaje ale biocombustibilului este instabilitatea acestuia la temperaturi scăzute. La frig, se poate delamina cu formarea unei pelicule de parafine la suprafata. Acest lucru face începutul dificil iarna. Pentru a depăși acest dezavantaj, este necesar să se echipeze mașinile cu un încălzitor de combustibil sau un mic rezervor de gaz conceput special pentru pornirile la rece.

Altul dezavantaj important constă în puterea sa calorică scăzută. La arderea bioetanolului, se eliberează cu 37-40% mai puțină energie termică în comparație cu tipurile tradiționale combustibil pentru automobile. Acest lucru limitează semnificativ caracteristicile de putere ale motorului.

Motoarele cu biocombustibil au avantaje semnificative, dar au loc de îmbunătățire.

Principala modalitate de utilizare a biogazului este transformarea acestuia într-o sursă de energie termică, mecanică și electrică. Cu toate acestea, instalațiile mari de biogaz pot fi folosite pentru a crea instalații de producție pentru producerea de produse chimice valoroase pentru economia națională.

Biogazul poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivelor de ardere cu gaz care generează energie care este utilizată pentru încălzire, iluminat, alimentarea magazinelor de preparare a furajelor, pentru funcționarea încălzitoarelor de apă, sobelor pe gaz, emițătorilor de infraroșu și motoarelor cu ardere internă.

Cele mai multe într-un mod simplu este arderea biogazului în arzătoare cu gaz, deoarece gazul le poate fi furnizat din rezervoare de gaz sub presiune scăzută, dar este mai de preferat să se folosească biogazul pentru a produce energie mecanică și electrică. Acest lucru va duce la crearea unei baze energetice proprii care va satisface nevoile operaționale ale fermelor.

Tabel 18. Componente biogaz

Arzatoare pe gaz

Fig.34. Soba pe gaz functioneaza
pe biogaz în sat Petrovka

Baza majorității aparatelor de uz casnic în care se poate folosi biogazul este arzătorul. În cele mai multe cazuri, sunt preferate arzătoarele atmosferice care funcționează cu biogaz preamestecat cu aer. Consumul de gaz de către arzătoare este dificil de calculat în prealabil, astfel încât proiectarea și setările arzătoarelor trebuie determinate experimental pentru fiecare caz individual.

În comparație cu alte gaze, biogazul necesită mai puțin aer pentru a se aprinde. Prin urmare, aparatele convenționale cu gaz necesită duze mai largi pentru a permite trecerea biogazului. Pentru arderea completă a 1 litru de biogaz este nevoie de aproximativ 5,7 litri de aer, în timp ce pentru butan - 30,9 litri și pentru propan - 23,8 litri .

Modificarea și adaptarea arzătoarelor standard este o chestiune de experimentare. În raport cu cele mai comune aparate de uz casnic adaptate pentru utilizarea butanului și propanului, se poate observa că butanul și propanul au o putere calorică de aproape 3 ori mai mare decât biogazul și produc o flacără de 2 ori mai mare.

Transformarea arzătoarelor pentru a funcționa pe biogaz duce întotdeauna la mai mult niveluri scăzute funcționarea dispozitivelor. Măsurile practice pentru modificarea arzătoarelor includ:
creșterea jeturilor de 2-4 ori pentru trecerea gazului;
modificarea volumului de alimentare cu aer.

Sobe pe gaz
Înainte de a utiliza o sobă cu gaz, arzătoarele trebuie reglate cu atenție pentru a obține:
flacără compactă, albăstruie;
flacăra ar trebui să se stabilizeze spontan, adică Zonele care nu arde ale arzătorului ar trebui să se aprindă singure în 2-3 secunde.

Fig.35. Cazan de incalzire a apei
pentru încălzirea unei case cu radiatoare ceramice din sat. Petrovka

Încălzitoare radiante
Încălzitoarele radiante sunt utilizate în agricultură pentru a obține temperaturile potrivite pentru creșterea animalelor tinere, precum purceii și puii, în spații închise. Temperatura cerută pentru purcei începe de la 30-35°C în prima săptămână și apoi scade lent până la 18-23°C la 4 și 5 săptămâni.

De obicei, reglarea temperaturii implică ridicarea sau coborârea încălzitorului. O bună ventilație este o necesitate pentru a preveni concentrațiile de CO sau CO2. În consecință, animalele trebuie ținute sub supraveghere constantă și temperatura verificată la intervale regulate. Încălzitoarele pentru purcei sau pui consumă aproximativ 0,2 - 0,3 m3 de biogaz pe oră.

Radiația termică de la încălzitoare

Fig.36. Regulator de presiune a gazului

Foto: Vedenev A.G., PF „Fluid”

Încălzitoarele radiante implementează radiația termică infraroșie printr-un corp ceramic, care este încălzit la o stare roșu strălucitor la temperaturi de 900-1000°C de o flacără. Capacitatea de încălzire a unui încălzitor radiant este determinată prin înmulțirea volumului de gaz cu valoarea termică netă, deoarece 95% din energia biogazului este transformată în căldură. Producția de energie termică de la încălzitoarele mici este
de la 1,5 la 10 kW de energie termică8.

Siguranță și filtru de aer
Încălzitoarele radiante care utilizează biogaz trebuie să fie întotdeauna echipate cu o siguranță care oprește alimentarea cu gaz dacă temperatura scade, adică atunci când gazul nu este ars.

Consumul de biogaz
Arzatoarele de uz casnic pe gaz consuma 0,2 - 0,45 m3 de biogaz pe ora, iar cele industriale - de la 1 la 3 m3 de biogaz pe ora. Volumul necesar de biogaz pentru gătit poate fi determinat pe baza timpului petrecut zilnic pentru gătit.

Tabel 19. Consumul de biogaz pentru nevoile casnice

Motoare cu biogaz
Biogazul poate fi folosit ca combustibil pentru motoarele de automobile, iar eficacitatea lui în acest caz depinde de conținutul de metan și de prezența impurităților. Atât carburatorul cât și motoare diesel. Cu toate acestea, deoarece biogazul este un combustibil cu octan mare, utilizarea lui în motoarele diesel este mai eficientă.
Pentru a funcționa motoarele este necesară o cantitate mare de biogaz și instalarea unor dispozitive suplimentare pe motoarele cu ardere internă care să le permită să funcționeze atât pe benzină, cât și cu metan.

Fig.37. Generator gaz-electric in sat. Petrovka

Foto: Vedenev A.G., PF „Fluid”

Generatoare gaz-electrice
Experiența arată că biogazul este fezabil din punct de vedere economic de utilizat în generatoarele gaz-electrice, în timp ce arderea a 1 m3 de biogaz permite generarea de la 1,6 până la 2,3 kW de energie electrică. Eficiența acestei utilizări a biogazului este sporită prin utilizarea energiei termice generată la răcirea motorului generatorului electric pentru a încălzi reactorul instalației de biogaz.

Purificarea biogazului

Pentru a utiliza biogazul ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă, este necesară pre-curățarea biogazului de apă, hidrogen sulfurat și dioxid de carbon.

Reducerea conținutului de umiditate

Biogazul este saturat cu umiditate. Purificarea biogazului de umiditate constă în răcirea acestuia. Acest lucru se realizează prin trecerea biogazului printr-o conductă subterană pentru a condensa umiditatea la mai mult temperaturi scăzute. Când gazul este reîncălzit, conținutul său de umiditate scade semnificativ. Această uscare a biogazului este utilă în special pentru contoarele de gaz uscat în uz, deoarece acestea se umplu inevitabil cu umiditate în timp.

Reducerea conținutului de hidrogen sulfurat

Fig.38. Filtru de hidrogen sulfurat și absorbant pentru separarea dioxidului de carbon în sat. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF „Fluid”
Hidrogenul sulfurat, atunci când este amestecat cu apă în biogaz, formează un acid care provoacă coroziunea metalului. Aceasta este o limitare serioasă a utilizării biogazului în încălzitoare de apă și motoare.
Cel mai simplu și mai economic mod de a purifica biogazul din hidrogen sulfurat este curățarea chimică filtru special. Un „burete” metalic constând dintr-un amestec de oxid de fier și așchii de lemn este folosit ca absorbant. Folosind 0,035 m3 de burete metalic, din biogaz pot fi extrase 3,7 kg de sulf. Dacă conținutul de hidrogen sulfurat în biogaz este de 0,2%, atunci aproximativ 2500 m3 de gaz pot fi îndepărtați din hidrogen sulfurat cu acest volum de burete metalic. Pentru a regenera buretele, acesta trebuie ținut ceva timp în aer.
Costul minim al materialelor, ușurința în funcționare a filtrului și regenerarea absorbantului fac din această metodă un mijloc fiabil de protejare a rezervoarelor de gaz, compresoarelor și motoarelor cu ardere internă împotriva coroziunii cauzate de expunerea prelungită la hidrogenul sulfurat conținut în biogaz. Oxidul de zinc este, de asemenea, un absorbant eficient al hidrogenului sulfurat, iar această substanță are un avantaj suplimentar: absoarbe și compuși organici ai sulfului (carbonil, mercaptan etc.) 18

Reducerea dioxidului de carbon
Reducerea dioxidului de carbon este un proces complex și costisitor. În principiu, dioxidul de carbon poate fi separat prin absorbție în lapte de var, dar această practică produce volume mari de var și nu este potrivită pentru utilizare în sisteme de volum mare. Dioxidul de carbon în sine este un produs valoros care poate fi utilizat în diverse industrii.

Fig.39. UAZ care funcționează cu biogaz
in sat Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF „Fluid”

Utilizarea metanului
Cercetările moderne ale chimiștilor deschid posibilități mari de utilizare a gazului - metan, pentru producerea funinginei (o materie colorantă și materie primă pentru industria cauciucului), acetilenă, formaldehidă, metil și alcool etilic, metilen, cloroform, benzen și alte produse chimice valoroase bazate pe instalații mari de biogaz18.

Consumul de biogaz de către motoare
In sat Petrovka, regiunea Chui din Republica Kârgâză, uzina de biogaz a Asociației Fermierilor cu un volum de 150 m3 furnizează biogaz pentru nevoile casnice a 7 ferme țărănești, funcționarea unui generator gaz-electric și a 2 mașini - un UAZ și un ZIL. Motoarele au fost adaptate pentru a funcționa cu biogaz dispozitive speciale, și mașini - cu cilindri de oțel pentru pomparea gazului.
Valorile medii ale consumului de biogaz pentru producerea a 1 kW de energie electrică de către motoarele Asociației Fermierilor sunt de aproximativ 0,6 m3 pe oră.

Tabelul 20. Utilizarea biogazului ca combustibil pentru motor în sat. Petrovka

Fig.40. Arzator pentru arderea biogazului in exces in sat. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF „Fluid”

Eficiența biogazului
Eficiența utilizării biogazului este de 55% pentru sobele cu gaz, 24% pentru motoarele cu ardere internă. Cel mai eficient mod de a utiliza biogazul este ca o combinație de căldură și energie, unde se poate obține o eficiență de 88%8. Utilizarea biogazului pentru a funcționa arzătoare cu gaz în sobe cu gaz, cazane de încălzire, aburi de alimentare cu abur și sere – cea mai buna vedere utilizarea biogazului pentru fermele din Kârgâzstan.

Surplus de biogaz
În cazul biogazului în exces produs de instalație, se recomandă să nu-l eliberezi în atmosferă - acest lucru va duce la un efect negativ asupra climei, ci să-l ardă. Pentru a face acest lucru, în sistemul de distribuție a gazelor este instalat un dispozitiv de flare, care trebuie să fie situat la o distanță sigură de clădiri.