Regionalny warsztat szkoleniowo-informacyjny w ramach projektu „Biogazownia-przemyślany wybór” “Podstawowe informacje na temat technologii wytwarzania biogazu rolniczego ” Andrzej Curkowski Instytut Energetyki Odnawialnej Świętokrzyskie Centrum Innowacji i Rozwoju Technologii, 4 marca 2014 r
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Regionalny warsztat szkoleniowo-informacyjny w ramach projektu
„Biogazownia-przemyślany wybór”
“Podstawowe informacje na temat technologii
wytwarzania biogazu rolniczego ”
Andrzej Curkowski
Instytut Energetyki Odnawialnej
Świętokrzyskie Centrum Innowacji i Rozwoju Technologii,
4 marca 2014 r
Fermentacja metanowa - beztlenowy rozkład substancji organicznych do związków prostych (m.in. CH4, CO2, H2)
WARUNKI BEZTLENOWE
CXHYOZ CH4 + CO2 +inne śladowe + BIOMASA ZWIĄZKI ORGANICZNE BIOGAZ MASA POFERMENTACYJNA
Podstawowe cechy i warunki procesu:
- 4 fazowy proces realizowany przez bakterie beztlenowe oraz względnie beztlenowe (fakultatywne),
• równomierność produkcji biogazu zwiększa zastosowanie zbiorników wymiennych,
Napełnianie częściowo ciągłe
• zwiększa równomierność produkcji biogazu,
• spada zapotrzebowanie składowania materiału wsadowego,
Napełnianie ciągłe-przepływowe
• wzrasta równomierność produkcji biogazu,
• dobre wykorzystanie pojemności fermentora,
• ryzyko odpływu części nieprzefermentowanego substratu, - konieczność zapewnienia efektywnego systemu mieszania
Napełnianie mieszane
• fermentacja także w zbiorniku pofermentacyjnym,
• większa równomierność wytwarzania biogazu ,
• wydajność wykorzystania substratu.
Źródło: http://agroenergetyka.pl
Zalety rozdziału fazy kwaśnej i metanogennej w procesie dwustopniowym:
• skrócenie czasu trwania fermentacji,
• zwiększenie stopnia rozkładu substancji organicznej do 60-80%, stworzenie optymalnych warunków dla powstawania kwasów w fazie kwaśniej pozwala na większą redukcję suchej masy,
• stworzenie optymalnych warunków do rozwoju mikroorganizmów w poszczególnych fazach procesu, większa stabilność procesu i mniejsze problemy z powstawaniem piany,
• wyższy uzysk biogazu.
Źródło: BARIŞ ÇALLI, Anaerobic Treatment, Chapter 8 Anaerobic Sludge Digestion, Marmara University, Faculty of Engineering, Environmental Engineering Department, 2011
Fermentacja jednostopniowa
lub wielostopniowa
Źródło: opracowanie własne IEO
Produkcja energii elektrycznej i ciepła
w układzie kogeneracyjnym Wartość kaloryczna:
• biogazu: ok. 6 kWh/m3,
• metanu: ok. 10 kWh/m3,
Sprawność agregatu CHP:
• cieplna: 40-do 55%,
• elektryczna: 30- do 44 % (wyższa dla jednostek większych),
• sprawność układu ok. 85 %,
Czas pracy agregatu w ciągu roku:
• 7.500-8.300 godz./r, średnio 8.000 godz./r,
• dyspozycyjność urządzenia na poziomie 85-95%,
Źródło: IEO
Źródło: opracowanie własne IEO
Ilość wyprodukowanego ciepła brutto i netto
• całkowita produkcja brutto, pomniejszona jest o zużycie na potrzeby własne (ciepło technologiczne): 25-40% całkowitej produkcji ciepła,
Ilość wyprodukowanej energii elektrycznej brutto i netto
• całkowita produkcja brutto pomniejszona jest o zużycie na potrzeby własne - średnio ok. 9% wyprodukowanej energii elektrycznej na potrzeby technologiczne: mieszadła, pompy, układ sterowania, oświetlenie.
Wydzielone sieci biogazu
Produkcja biometanu z biogazu
• ograniczone możliwości wykorzystywania ciepła na terenach wiejskich,
• możliwości gromadzenia zapasów biogazu w specjalnych zbiornikach ograniczone są do kilkunastu dni,
• 1 możliwość: przesył siecią gazową do miejsc, gdzie biogaz może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej i ciepła w agregatach kogeneracyjnych,
• Instalacje demonstracyjne wydzielonych sieci wiejskich w Austrii.
• 2 możliwość: zatłaczanie biometanu do sieci gazu ziemnego.
• Kilkadziesiąt instalacji w Niemczech. Dwie pierwsze inwestycje w Polsce w budowie w Długoszynie (woj. lubuskie) oraz w Sudwie (woj. warmińsko - mazurskie).
Źródło: BIOMETHANE REGIONS , Introduction to the Production of Biomethane from Biogas A Guide for England and Wales
Porównanie składu i właściwości
biogazu i biometanu
Parametr Biogaz Biometan
(oczyszczony biogaz) Gaz ziemny
Metan 45-75% (śr. 60%) 94-99% 93-98%
Dwutlenek węgla 28-45% (śr. 40%) 0,1-4% 1%
Azot <3% <3% 1%
Tlen <2% <1% -
Wodór ilości śladowe ilości śladowe -
Siarkowodór <10 ppm <10 ppm -
Amoniak ilości śladowe ilości śladowe -
Etan - - <3%
Propan - - <2%
Wartość kaloryczna 5,5-7,7 kWh/m3 Śr. 6
kWh/m3 (w zależności od wsadu do biogazowni)
10,2-10,9 kWh/m3 ok. 9-11 kWh/m3
Źródło: opracowanie własne IEO
Technologie uszlachetniania biogazu
W Polsce jakość gazu ziemnego określa:
• PN-C-04752:2002.Jakość gazu w sieci przesyłowej,
• PN-C-04753:2002 Jakość gazu w sieci rozdzielczej,
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 6 kwietnia 2004 r w sprawie warunków przyłączenia podmiotów do sieci gazowych (Dz. U. 105 poz.1113).
).
Technologia Efekt Stężenie metanu po procesie
Straty metanu
Adsorpcja zmiennociśnieniowa (PSA)
Adsorpcja CO2 pod ciśnieniem na węglu aktywnym
> 96% 2-4%
Płuczka wodna Rozpuszczenie CO2 w wodzie pod wysokim ciśnieniem
> 96% 1-3%
Chemiczna absorpcja - płuczka aminowa
Chemiczna reakcja CO2 z MEA (monoetanoloamina)
> 99% < 0,1%
Fizyczna absorpcja -wymywanie z zastosowaniem Selexol-®, Rectisol-®, Purisol®
Rozpuszczenie CO2 w rozpuszczalniku pod wysokim ciśnieniem
> 96% ok. 2%
Separacja membranowa Różna prędkość permeacji molekuł gazowych > 95% ok. 2%
Separacja kriogeniczna Warunki agregacji w zależności od temperatury > 99% -