Технологии

Перечень параметров, определяющих процесс получения биогаза. Часть 1

13 февраля 2015

Автор статьи: Игорь Ливен

Статьи по теме:

1. В первую очередь это дебит биогаза, представляющий собой его объем, полученный за определенное время при подаче в реактор определенного объема субстрата известного состава, служащий для определения удельного получения биогаза на единицу объема конкретного субстрата. Эти измерения являются необходимыми для определения скорости метаболизма метанобразующих бактерий. Если биогазовая установка включает в себя несколько реакторов, то эти измерения необходимо проводить отдельно для каждого из них. В том случае, если реактор имеет встроенный газовый накопитель в виде покрытия из газонепроницаемой пластиковой пленки, при расчете дебита биогаза следует обязательно учитывать его объем. Это можно сделать с помощью

датчиков измерения уровня наполнения газовой камеры,
а так же давления
и температуры.

Эти системы контроля должны быть устойчивы к действию высокой влажности и коррозии, а так же соответствовать требованиям обеспечения газовзрывобезопасности. Так как измерение отходящего потока газа обычно производится в трубопроводе, то для получения верных результатов измерений необходимо обеспечить ламинарное течение потока биогаза. Для измерения потоков газа используются приборы, не имеющие подвижных частей, к которым относятся вихревые расходомеры.

2. Во-вторых, используется исследование состава биогаза, по количеству каждого из компонентов которого можно сделать определенные выводы о состоянии бактериальной биомассы. По количеству метана, содержащемуся в биогазе, можно определить характер жизнедеятельности метанобразующих бактерий. На основе дебита биогаза рассчитывается также дебит метана. Если при неизменном объеме загрузки реактора наблюдается падение дебита метана, то это является сигналом о снижении жизнедеятельности популяций метаногенов. Для измерения концентрации метана в реакторе используются датчики инфракрасного излучения, или же изменения теплопроводности. Следует так же помнить, что если установка получения биогаза используется для питания блочной теплоэлектростанции, то процент метана в биогазе должен составлять не менее сорока- сорока пяти процентов, так как в противном случае это грозит остановкой двигателей. Образование углекислого газа проходит на этапах

гидролиза сложных органических соединений,
образования кислот,
а так же при одном из механизмов синтеза метана.

При растворении в воде диоксид углерода образует ионы гидрокарбоната, составляющие буферный раствор, который позволяет избежать понижения рН среды. Соотношение долей метана и углекислого газа в биогазе характеризует активность кислотообразующих бактерий.

Падение этого показателя при прочих равных условиях, то есть объеме и составе субстрата, свидетельствует о том, что скорость стадии образования кислот превышает скорость стадии биохимического получения метана, что свидетельствует о подавлении популяции метанобразующих бактерий, так как они не успевают перерабатывать продукты разложения, образующихся в результате жизнедеятельности кислотообразующих микроорганизмов. Причиной этому может служить либо неравномерность нагрузки, либо влияние ингибирующих факторов, снижающих активность метаногенов. Измерение количества диоксида углерода также производится с помощью датчиков теплопроводности и инфракрасного излучения. Кислород в биогазе может присутствовать только в том случае, если он добавляется туда специально, для удаления сероводорода, если проведение реакций обессеривания предусмотрено непосредственно в емкости реактора. Измерения уровня кислорода позволяют определить его концентрацию, необходимую для обесеривания биогаза. Измерения уровня кислорода производятся с помощью электрохимических и парамагнитных газоанализаторов. Уровень сероводорода, измеряемый с помощью электрохимических датчиков, характеризует в первую очередь степень загрязненности биогаза веществами, которые могут оказывать коррозионное воздействие на оборудование блочных теплоэлектростанций. Его контроль позволяет оценить необходимую степень подготовки биогаза для его дальнейшего использования. На стадии кислотообразования, преимущественно уксусной кислоты, происходит выделение водорода, служащего сырьем при биохимическом синтезе метана. Его уровень измеряется так же электрохимическими датчиками, но он малоинформативен для анализа процесса анаэробного сбраживания. Для определения состава биогаза могут использоваться модульные датчики, с помощью которых может быть определен уровень содержания нескольких газов. При выборе вида датчиков следует помнить, что газоанализаторы, использующие электрохимический принцип, имеют определенный ресурс, требуют регулярного калибрования и отличаются меньшей точностью, чем инфракрасные датчики.

Получить консультацию специалиста Консультация

3. Третьей важной характеристикой является температура. Этот показатель тесно связан с условиями протекания анаэробного процесса, который может осуществляться в трех температурных режимах, но на практике из них в основном востребованы только два, требующие дополнительного подогрева реактора. Это

мезофильный режим сбраживания, проходящий при 37-43^оС,
и термофильный, работающий в диапазоне 50 - 60^оС.

Для поддержания необходимого уровня жизнедеятельности анаэробных бактерий, являющимися основными рабочими популяциями в мезофильном, или термофильном режиме, требуется подержание одного уровня температуры. Возможны плавающие изменения, составляющие не более одного-двух градусов в час для мезофильного и не более половины градуса для термофильного режима. Это связано с медленной скоростью адаптации анаэробных бактерий к изменениям условий среды. Обычно требуется поддержание температурного оптимума с помощью подогрева реактора, поскольку анаэробные процессы протекают с минимальным выделением тепла, но в случае использования субстрата, содержащего кукурузный силос, может понадобиться и охлаждение реактора. Устройства для измерения температуры, в качестве которых используются резистивные датчики или термоэлементы, должны быть установлены в реакторе на разном уровне его высоты, так как большие различия в их показаниях могут помочь вовремя обнаружить и устранить расслоение субстрата и недостаточность его перемешивания. Они так же не должны устанавливаться в мертвых зонах реактора, или вблизи от элементов нагрева.

4. Четвертым контрольным фактором является

подаваемый объем субстрата
и уровень заполнения реактора.

Это необходимо для проведения баланса процессов разложения, проходящих в реакторе. При этом для подачи твердых и жидких субстратов используются разные способы измерения поданного объема. Твердые субстраты обычно взвешиваются непосредственно перед подачей в реактор, на весовых установках или с помощью пневмоколесных погрузчиков. При взвешивании на весовых установках применяются датчики давления, требующие особых условий эксплуатации. Объем подаваемого жидкого субстрата может быть определен с помощью расходомера, или же, при наличии приемных емкостей, с использованием датчиков уровня. Определение уровня заполнения реактора может быть проведено с использованием

датчиков давления,
либо измерением расстояния до поверхности субстрата с помощью радара или ультразвука.

Датчики измерения уровня должны быть устойчивы к коррозионному влиянию среды и загрязнению, а так же иметь защиту от взрыва, так как их замена в полости реактора является довольно проблематичной. В качестве расходомеров, которые так же должны отвечать этим требованиям, используются датчики, не имеющие подвижных частей в агрессивной среде, обычно это

емкостные,
индуктивные,
ультразвуковые
и теплопроводные системы контроля.

Перед каждым из этих датчиков следует обеспечить такой участок впуска, который будет достаточным для обеспечения ламинарного потока жидкого субстрата.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.