РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

У самому простому випадку стабільний і рівномірний процес можна визначити за постійною наповненості газгольдера. Ще однією можливістю для контролю є порівняння кількості виробленого біогазу в порівнянні з кількістю, яку мав дати субстрат внаслідок розрахунків. Якщо співвіднести це виробництво газу з кількістю єжедобово подаваемого органічного субстрату (оСВ / день), то отримаємо вихід біогазу для конкретної установки. Специфічне виробництво газу, виражене в м3 біогазу на м3 обсягу ферментатора в день, може виступати контрольним параметром для конкретної установки. Якщо ці параметри продуктивності будуть стабільними, значить процес протікає стабільно, хоча нони і не дають нам інформації про якість газу. Якщо зробити пропорцію між вироблюваним кількістю електроенергії та кількістю переробленого газу, то можна дати оцінку якості газу. Оскільки, якщо кількість струму падає при тому ж рівні споживання газу, то це пов'язано з поганою якістю біогазу (якщо звичайно виключити технічні поломки в генераторі). Якщо кількість щодня виробленого газу занадто низька, то причина цього існує або в субстраті, або в використовуваної техніці. З технічної точки зору, факторами, що впливають на виробництво газу найчастіше стають системи подачі, мішалки і температура. Щоб контролювати і регулювати перебіг процесу, необхідно, заміряти деякі параметри і задокументувати їх. До цього особливо відносяться такі параметри:

• температура субстрату в ферментаторі;

• кількість виробленого газу та електрики;

• вид і кількість щодня подаються субстратів;

• щоденні вимірювання рівня сірки та аміаку необхідної для певних субстратів або при зміні складу суміші субстрату;

• регулярний контроль завантаження ферментатора і часу бродіння;

• регулярне вимірювання утворення жирних кислот або буферного резерву, або концентрації іонів Н + в газі, особливо при зміні складу суміші субстрату.

При обліку цих параметрів, можна контролювати або розраховувати всі найважливіші характеристики процесу, пов'язані з виробництвом газу та електроенергії, завантаження ферментатора, час бродіння, температура, якість газу, концентрація сірки та азоту. При цьому допомагають не тільки одні дані, але й тенденції, що показують в якому напрямку розвивається процес. Для обліку і розрахунку цих параметрів існують спеціально для цього розроблені комп'ютерні програми, облегчуючі контроль за підприємством. Нижче перераховані заходи з підтримки стабільного перебігу процесу, які вже згадувалися раніше:

• температура субстрату в ферментаторі повинна дотримуватися як можна точно і повинна регулюватися за допомогою термостата;

• рівномірна подача субстрату;

• уникати подачі великих порцій холодного субстрату;

• зміни складу субстрату виробляти повільно і по кроково, це ж стосується і зміни раціону харчування тварин;

• уникати подачі уповільнюючих розвиток речовин у великій концентрації;

• досить часте і тривале перемішування; якщо під час і після перемішування утворюється занадто велика кількість газу, це вказує на недостатнє перемішування.

Склад і якість біогазу.

Оскільки тільки метан поставляє енергію з біогазу, доцільно, для опису якості газу, виходу газу та кількості газу, необхідно все відносити до метану, з його нормованими показниками. Обсяг газів залежить від температури і тиску. Високі температури призводять до розтягування газу і до зменшуваного разом з обсягом рівню калорійності і навпаки. Крім того при зростанні вологості калорійність газу також знижується. Щоб вихід газу можна було порівняти між собою, необхідно їх співвідносити з нормальним станом (температура 0 ° С, атмосферний тиск 1,01325 bar, відносна вологість газу 0 %). У цілому дані про виробництво газу виражають у літрах (л) або м3 метану на кг органічної сухої речовини (ОСР), це набагато точніше і красномовніше ніж дані в м3 біогазу в м3 свіжого субстрату. У минулому не завжди звертали увагу на цей взаємозв'язок, що призвело до малої придатності старих даних про виробництво газу, в них просто відсутні дані про температуру, атмосферний тиск, вміст метану, вмісті сухої речовини і органічного сухої речовини. Навіть у лабораторних умовах при дослідженні однакових субстратів виходять різні результати з виробництва газу. Причина цього криється в різних методах, за допомогою яких проводилися такі виміри в лабораторії. Одні робили вимірювання для свіжого субстрату, інші для сухого, одні з силосованим матеріалом, інші з несилосованим, в резервуарах від 0,5 літрів до 10 літрів і тд. Залежно від рамкових умов результати відрізнялися між собою. На сьогоднішній день актуальним є питання про приведення до норм використовуваних методів вимірювання. Саме через велику різницю в методах вимірювання при визначенні характерних параметрів, таких як вихід газу, вже на стадії планування важливо перевірити дійсність числових величин і стежити за тим, щоб в основу закладалися реалістичні показники, які б відповідали необхідним ринковим умовам. Якість біогазу визначається в першу чергу вмістом метану або співвідношенням пального метану (СН4) до "марної" двоокису вуглецю (С02). Двоокис вуглецю розбавляє біогаз і викликає втрати при його зберіганні. Тому важливо прагнути до високого вмісту метану і якомога низькому вмісту двоокису вуглецю. Що досягається зазвичай, вміст метану коливається між 50 і 75 %. Як правило зміст С02 вимірюють за допомогою приладу " Brigon " і після вирахування невеликої кількості інших газів (2 - 8 %) обчислюють вміст СН4. Вміст метану в біогазі в першу чергу визначається такими критеріями:

• Ведення процесу: у той час як в одноступінчатих біогазових установках весь процес анаеробного розкладання відбувається в одному ферментаторі, одним етапом, і таким чином весь газ виділяється як суміш газів, в двоступенчатих установках, вироблений на першому етапі газ, складається у великій мірі з двоокису увлеводороду та інших енергетично малоцінних газів, які виводяться в навколишнє середовище. Газ що виробляється на другому етапі має високий відсоток вмісту метану, який може складати і більше 80 %.

• Склад поживних речовин субстрату. Кількість і якість виробленого біогазу залежить від кількості внесених речовин та їх складу. Протеїни і жири мають більш високий вміст метану. Для збагачених на вуглеводи субстратів, як наприклад кукурудза можна розраховувати на вміст метану в середньому 53 %.

• Температура субстрату. На практиці виявилося, що при високій температурі ферментатора вихід метану більш поганий, ніж при низьких температурах. Це відбувається через відмінності в розчинності і утворенням газоподібної двоокисі вуглеводню. Чим більша кількість С02 перейде в газоподібну форму, тим меншою буде відсоткова частка СН4 в біогазі. Після метану і двоокису вуглецю, сірководень (H2S) є найважливішою складовою газу. Сірководень дуже агресивний і викликає корозію, що в першу чергу викликає проблеми з арматурою, газовими лічильниками, пальниками і двигунами. Тому необхідно очищати біогаз від сірки. Очищений від сірки біогаз майже не має запаху. Крім того в біогазі містяться сліди аміаку, елементарного азоту, водню і кисню загальним вмістом від 6 до 8 %. Сірководень і аміак можна леко заміряти за допомогою трубки Дрегера. Такі трубки можна використовувати багаторазово. Газ, який щойно надійшов з біогазової установки насичений водяною парою. Можливо, що пар містить також сліди ще малодосліджених розчинених речовин, здатних викликати проблеми при спалюванні біогазу в котлах та двигунах. Наприклад на біогазової установці в Ріпперсхаузене незрозумілим чином утворювалися пухнасті пластівці, які створювали в опалювальній камері котла товсті нашарування. Знадобилося тривалий час, щоб встановити, що ця " біла сажа " є оксидом кремнію, який виникає внаслідок коферментаціі силікономістких косметичних мазей як результат складних хімічних реакцій (утворення силанів). Сушка біогазу конденсацію є дуже важливим кроком по збагаченню газу. За допомогою конденсованої води сепарують також велику кількість аміаку, що міститься в біогазі, що викликає в іншому випадку великі пошкодження двигуна, особливо на підшипниках з кольорових металів.

Вид і склад субстратів.