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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalaciones de bioenergía. Tecnología de biogás. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía La fermentación, que es la base de la producción de biogás, da como resultado productos finales: metano CH4 (55 - 65%), dióxido de carbono CO2 (30 - 35%), hidrógeno H2 (3 - 5%), en una pequeña cantidad de sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Esencialmente, la fermentación combina tres procesos biológicos: hidrólisis, fermentación ácida y de metano. La producción de biogás a partir de estiércol de paja es de aproximadamente 1 - 1,8 m / día por cabeza de ganado. El biogás tiene un poder calorífico medio de 20 - 23 MJm3. Junto con el biogás, la digestión anaeróbica de los desechos del ganado y las aves produce un valioso fertilizante ecológico, desprovisto de microflora patógena, huevos de helmintos, semillas de malas hierbas, nitritos y nitratos, y olores fecales específicos. El potencial para la producción de biogás utilizando desechos animales, la cría de aves y las empresas de procesamiento del complejo agroindustrial es muy alto. Producción de biogás a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) El fuerte aumento del consumo en las últimas décadas en todo el mundo ha provocado un aumento significativo en la generación de residuos sólidos urbanos (RSU). Uno de los principales métodos de eliminación de RSU en todo el mundo sigue siendo el enterramiento en el entorno geológico cercano a la superficie. En estas condiciones, los residuos sufren una intensa descomposición bioquímica, lo que en particular provoca la generación de gases de vertedero (LFG). Las emisiones de SG que ingresan al entorno natural forman efectos negativos tanto de naturaleza local como global. Por esta razón, en muchos países desarrollados del mundo, se están tomando medidas especiales para minimizar las emisiones de SG. De hecho, esto condujo al surgimiento de una rama independiente de la industria mundial, que incluye la extracción y utilización de gas de vertedero. El método principal para resolver este problema es la tecnología de extracción y utilización de SG. Para la extracción de gas de vertedero en los vertederos, se utiliza el siguiente diagrama esquemático: una red de pozos verticales de drenaje de gas está conectada por líneas de gasoductos, en las que la unidad compresora crea el vacío necesario para transportar SG al lugar de uso (Fig. 5.2). Las instalaciones de recogida y eliminación se montan en un sitio especialmente preparado fuera del cuerpo del vertedero.
Los pozos verticales se utilizan para extraer SG en los vertederos de RSU. Por lo general, se ubican uniformemente sobre el territorio del vertedero con un paso de 50 a 100 m entre pozos adyacentes. Su diámetro fluctúa en el rango de 200 a 600 mm, y la profundidad está determinada por el grosor del cuerpo del vertedero y puede ser de varias decenas de metros. Para la perforación de pozos se utilizan tanto equipos de perforación convencionales como equipos especializados, que permiten construir pozos de gran diámetro. Al mismo tiempo, la elección de este o aquel equipo está determinada por razones económicas. Cada pozo drena un bloque de residuos sólidos específico, que tiene condicionalmente la forma de un cilindro. La estabilidad de la operación del pozo se puede asegurar si su tasa de flujo no excede el volumen del SG recién formado. La evaluación de la productividad de gas de los estratos existentes de RSU se lleva a cabo en el curso de estudios geoquímicos preliminares de gas de campo. La construcción de un sistema de drenaje de gas se puede llevar a cabo tanto en todo el territorio del vertedero de residuos sólidos después del final de su operación, como en secciones individuales del vertedero de acuerdo con la secuencia de su carga. Al mismo tiempo, se debe tener en cuenta que los cuerpos de vertedero con un espesor de al menos 10 m son aptos para la extracción de SG. También es deseable que el territorio del vertedero de residuos sólidos, donde se planea la construcción del sistema de recolección de SG, sea recuperado, es decir, cubierto con una capa de suelo de al menos 30 - 40 cm. En promedio, la generación de gas termina en un vertedero en un plazo de 10 a 50 años, mientras que la producción específica de gas es de 120 a 200 metros cúbicos. m por tonelada de RSU. Una variación significativa en la productividad del gas y la velocidad del proceso está determinada por las condiciones ambientales que prevalecen en un cuerpo de vertedero en particular. Entre los parámetros que controlan la bioconversión se encuentran la humedad, la temperatura, el pH, la composición de las fracciones orgánicas. Producción de biogás a partir de residuos cloacales (WWW) Durante más de 20 años, los países de Europa Occidental han participado activamente en la solución práctica del problema de la eliminación de desechos de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Una de las tecnologías comunes de eliminación de desechos es su uso en la agricultura como fertilizantes. Su participación en la cantidad total de WWS oscila entre el 10 % en Grecia y el 58 % en Francia, con una media del 36,5 %. A pesar de la popularización de este tipo de eliminación de residuos, está perdiendo atractivo, ya que los agricultores temen la acumulación de sustancias nocivas en los campos. Actualmente, en varios países está prohibido el uso de residuos en la agricultura, por ejemplo, en los Países Bajos desde 1995. La incineración de tratamiento de aguas residuales ocupa el tercer lugar en términos de eliminación de residuos (10,8%). De acuerdo con el pronóstico en el futuro, su participación aumentará al 40%, a pesar del costo relativamente alto de este método. La incineración de lodos en calderas resolverá el problema ambiental asociado a su almacenamiento, obtendrá energía adicional durante su combustión y, en consecuencia, reducirá la necesidad de recursos e inversiones en combustibles y energía. Es recomendable utilizar residuos semilíquidos para generar energía en las centrales térmicas como aditivo a los combustibles fósiles, como el carbón. Hay dos tecnologías occidentales más comunes para la incineración del tratamiento de aguas residuales:
Entre los métodos de combustión separada, el uso de tecnología de capa líquida es popular; los hornos con LCS son los más exitosos. Dichas tecnologías permiten garantizar una combustión estable de combustibles con un alto contenido de componentes minerales, así como reducir el contenido de óxidos de azufre en los gases de combustión al unirlos con piedra caliza o metales alcalinotérreos contenidos en las cenizas del combustible durante la combustión. Aspectos ambientales del uso del tratamiento de aguas residuales La comparación de las composiciones químicas de WWS, carbones negros y marrones quemados en CHPP muestra que las composiciones elementales de WWS y el carbón pardo difieren de manera insignificante. WWS (6,2 % de humedad) contiene menos carbono en un 24,5 % que la hulla (12 % de humedad) y un 5 % menos que el lignito (39 % de humedad). La proporción de azufre supera su gravedad específica en el carbón en solo un 0,2 % en comparación con el carbón y en un 0,4 % en comparación con el marrón. El contenido de nitrógeno en WWS es comparable al de la hulla y es un 2% más alto que el del lignito. La comparación por materia seca muestra que el contenido de carbono en WS es casi un 30% menor, el azufre y el nitrógeno casi no cambian. La composición química y las características de las cenizas de WWS permiten su uso como material de construcción de carreteras (con un diámetro de partícula superior a 1 mm), así como aditivo al cemento o en vertederos como relleno. Posibles opciones para la eliminación de residuos Existen seis opciones alternativas para la eliminación de lodos de depuradora, basadas tanto en nuevas tecnologías no tradicionales desarrolladas sobre la base de la experiencia rusa o europea y que no tienen un uso práctico, como en tecnologías completas "llave en mano":
Obtención de biogás a partir de los residuos de granjas avícolas y ganaderas Los recursos renovables de biomasa de diversos orígenes se acumulan anualmente en grandes volúmenes o se utilizan de manera ineficiente. El uso eficiente de la biomasa es posible con la introducción de tecnologías y equipos apropiados para la producción de combustible en forma de astillas de madera, briquetas, gas y combustibles líquidos. Los materiales experimentales acumulados de la revisión hablan a favor del amplio uso de la biomasa:
Sin embargo, actualmente se están realizando algunos trabajos de investigación sobre la combustión directa de biomasa y su digestión anaeróbica. Producción de biogás a partir de residuos forestales y agrícolas Para maximizar el aprovechamiento de los residuos forestales y agrícolas en el sector energético, se ha desarrollado un proceso de descomposición, que consiste en calentar a alta velocidad sin que el oxígeno (aire) acceda a temperaturas a las que la velocidad de liberación de los productos requeridos sea máxima. Está diseñado para resolver problemas energéticos y medioambientales. Los parámetros del proceso de pirólisis rápida, la composición y la cantidad de productos liberados se especifican preliminarmente para cada tipo de materia prima. La instalación está desarrollada para cada tipo de materia prima. Las temperaturas máximas de procesamiento están determinadas por la temperatura de existencia de la sustancia en la fase condensada. El calentamiento de alta velocidad de la sustancia proporciona: mínima pérdida de energía para el medio ambiente; la velocidad máxima del proceso químico con la liberación de productos en la fase gaseosa; máxima concentración de humedad y su uso. La velocidad de calentamiento de la sustancia debe exceder la velocidad de los procesos fisicoquímicos que ocurren en la masa procesada. El rendimiento de combustible líquido es del 70% de la masa orgánica de la materia prima. Por ejemplo, se pueden obtener 1 litros de combustible líquido a partir de 700 tonelada de aserrín. Los componentes inorgánicos y los productos de modificación química (residuos similares al carbón) permanecen en la fase sólida. La cantidad de residuos similares al carbono está determinada por el contenido de lignina y siempre es menor que la cantidad de residuos obtenidos de otros métodos de procesamiento. Para obtener el componente principal del combustible líquido, la fase gaseosa se condensa (los productos de bajo peso molecular formados en el proceso no se condensan). La fase gaseosa, después de la condensación o sin ella, puede enviarse directamente a la incineración. El calor de combustión (valor calorífico) del componente principal del combustible suele ser mayor que el poder calorífico del combustible seco de este tipo. Entonces, el poder calorífico de la madera es de 4500 kcal / kg, y el calor de combustión del combustible líquido es de 5500 kcal / kg. El combustible líquido se puede utilizar como combustible para motores en motores de combustión interna. La instalación se alimenta con electricidad o con la quema de productos procesados o materias primas. Ventajas del proceso: alta velocidad, alto grado de conversión de productos procesados; pequeñas dimensiones de la unidad principal de la instalación; bajo consumo de energía por unidad de productos procesados; bajo coste de la energía obtenida a partir de los productos de reacción. El costo de la instalación con una capacidad de 2 toneladas de materias primas procesadas por día es de 2,5 millones de rublos. Al procesar aserrín de 2 toneladas, se obtienen 1,4 toneladas de combustible líquido. La producción anual es de 500 toneladas de combustible líquido, a un precio de 0,1 USD/litro, la facturación anual es de 50 mil USD, el período de amortización es de 3 años. Autor: Magomedov A.M.
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