Биогазовые установки на жоме сахарной свеклы

Биогазовая установка на жоме сахарной свеклы

До недавнего времени жом сахарной свеклы, получаемый в процессе производства сахара, использовался исключительно в качестве корма для крупного рогатого скота. Но,  в результате значительного сокращения поголовья КРС, предприятия по переработке сахарной свеклы столкнулись с проблемой утилизации жома.

Одним из наиболее экономически выгодных решений данной проблемы стало использование свекловичного жома как субстрата для работы биогазовых установок.

В то время когда сахарный завод работает, жом сахарной свеклы с содержанием СВ 6,5%(не прессованный), поступающий с завода перерабатывается ежедневно. Но в период, когда сахарный завод не поставляет свежий жом возникает необходимость использовать жомопресс.

Жом сахарной свеклы является скоропортящимся субстратом, подобно кукурузному силосу. Ни один ответственный фермер не будет хранить кукурузный силос под открытым небом рискуя, таким образом, полной потерей. Хранение жомана открытом воздухе невозможно, потому что жом подкисляется и портится за короткое время (ок. 1 недели). Сточные соки проникают в грунт и загрязняют грунтовые воды. К этому следует добавить также погодные условия. Так, например, при температуре 30° C ускоряется окисление, а дождь еще больше снизит содержание СВ.

Прессованный жом сахарной свеклы с содержанием СВ 22-25% следует проводить в траншейном силосе, как для кукурузного силоса (в спрессованном, уплотненном виде, герметично закрытом). Траншейный силос изготовливается из бетона. Пол снабжается дренажными каналами и выполняется с уклоном. Герметичная покрытие осуществляется с помощью подстилающей пленки и силосной защитной пленки. Забор субстрата осуществляется с помощью колесных погрузчиков.Образующаяся во время прессования остаточная вода подается в лагуну, а затем  вводится в процесс БГУ с помощью насоса.

Затраты на хранение, на строительство силоса и логистику для субстрата с содержанием СВ 7% по меньшей мере в три раза выше, чем для субстрата с 24% СВ, и это превышение накапливается на протяжении многих лет.

В результате можно определить следующие преимущества и недостатки применения жома с 7% СВ и с 24% СВ:

- Риск порчи жома сахарной свеклы с 7% СВ несравнимо выше, чем жома с 24% СВ.

- Расходы на хранение и логистику выше для жома сахарной свеклы с 7% СВ.

- Условием для получения субстрата с 24% СВ является наличие пресса.

Ниже рассмотрим пример, в котором представлена биогазовая установка на свекловичном жоме  мощностью до 3 МВт.

Технологическая схема изображает расстановку основных составляющих и узлов и содержит информацию по структуре установки. Помимо обычных компонентов к установке принадлежит гидролиз, необходимость которогодля производства биогаза является особенностью нашей технологии.В долгосрочной перспективе – 5 лет и более (если возникнет необходимость смены субстрата) -  мы рекомендуем использовать гидролизеры, поскольку они сокращают процесс производства биогаза и обеспечивают более идеальные условия жизни для метановых бактерий в ферментере. Автоматически контролируемый технологический  процесс гидролиза ускоряет подкисление субстрата и приводит к более короткой длительности пребывания и на 10% более высокому выходу газа.

Гидролиз позволяет прежде всего гибко использовать различные субстраты и ежедневно изменять субстрат.

1.   Компоненты оборудования:

• 1 гидролиз с обогревом и мешалкой, изготовлен как бетонная емкость;
• 2 ферментера с обогревом, мешалкой и двойным (внутренним и внешним) плёночным перекрытием в качестве газового пузыря изготовлены как бетонные емкости;
• 1 дображиватель с отоплением, мешалкой и двойным (внутренним и внешним) плёночным перекрытием в качестве газового пузыря изготовлен как бетонная емкость;
• 2 блочных ТЭЦ по1500 кВт эл.
• 2 емкости для присадок
• 1 фильтр для биогаза
• 1 факел
• 1 контейнер для теплораспределения
• 1 контейнер для насосного оборудования и пневмосистемы;
• 1 контейнера для электротехники, управления и автоматики
• 1 сепаратор
• Трубопроводы для:

-      навоза или технической воды

-      смеси субстратов

-      биогаза и тепла

• Все арматуры приводятся в действие пневмоприводом и регулируются, как и все аппараты и насосы, автоматикой.
• Кабель низкого напряжения и управления
• Система управления, автоматическая установка и система защит функциональных процессов (технические и программные) с рабочим местом обслуживающего персонала

 2.    Описание процесса

БГУ самостоятельно управляется и контролируется техникой управления. Персонал установки контролирует работу оборудования на компьютере и с помощью контрольных обходов. Отклонения от заданных параметров, превышение и занижение постоянных предельных значений и отказы элементов установки или всей установки автоматически передаются контрольной техникой на мобильный телефон персонала установки как аварийная ситуация. Аварийные ситуации устраняются персоналом установки согласно мероприятиям, определенным в Инструкции по эксплуатации, документации по обучению и в правилах по безопасности, тем самым установка снова возвращается в нормальный режим эксплуатации.

2.1.   Заполнение гидролиза

Гидролиз заполняется 1-2 раза в день. Субстрат непрерывно перемешивается. Гидролиз оснащен отоплением для достижения оптимальной температуры смешивания. Процесс перекачивания субстрата непосредственно в ферментер происходит автоматически несколько раз в день. Жидкостная форма снабжения ферментера по нашему опыту является менее подверженной помехам, чем дозатор твердого вещества и существенно повышает эксплуатационную безопасность.

Время пребывания субстрата в гидролизе составляет ок.  12 часов. Процесс заполнения и опорожнения гидролиза организуется техникой управления таким образом, что от 1/3 до 1/4 активного гидролизата остается в гидролизе.

Микробиологический процесс гидролиза подразделяется на 2 этапа.

В гидролизе для бактерий, которые образуют летучие жирные кислоты (в частности, уксусную кислоту в качестве предварительной ступени метанового процесса), более благоприятные условия развития, чем в ферментере. Таким образом, мы достигаем следующих преимуществ:

-  повышение выхода энергии

-  значительное увеличение  объемной нагрузки в гидролизе и ферментере

-  стабилизация производства биогаза

-  лучшее использование объема ферментера

-  лучшее использование субстратов

-  уменьшение плавающих слоев

-  предотвращение образования слоев в ферментере

-  беспроблемная смена субстрата и рецептур.             

2.2     Ферментер

Заполнение ферментера осуществляется около 20 раз в сутки автоматически из гидролиза равными частями. Благодаря непрерывной подпитке ферментера уже подготовленным субстратом метанобразующие бактерии при оптимальных условиях существования могут немедленно начинать процесс образования метана.

2.3     Дображиватель

Дображиватель по своему технологическому исполнению соответствует ферментеру и, в случае проведения работ по техобслуживанию и чистке в ферментере временно может использоваться как ферментер.

Этим достигается то, что биологический процесс не прервется и не будет необходимости в длительном старте снова после пуска в эксплуатацию ферментера, а будет поддерживаться в дображивателе. Это еще одно преимущество многоступенчатого процесса.

2.4     Биогаз

Образующийся в ферментере и, в небольшом количестве еще в дображивателе  биогаз, улавливается и собирается в пленочных газохранилищах над ферментером и дображивателем.

Двойное мембранное газохранилище

Уровень наполнения и давление газа в хранилище контролируются.

Биогаз через трубопроводы передается от  ферментера в пленочное хранилище дображивателя. И затем через подземный трубопровод к блочной ТЭЦ. 

2.5    Фильтр + Факел  для удаления серы из биогаза.

-  Преобразование имеющегося в газе сероводорода „H2S“ в элементарную серу производится через отдельный фильтр с активированным углем, который понижает уровень вредоносного сероводорода до уровня ниже 90 ppm и тем самым выполняет требования производителя КГУ.

-    Давление газа также контролируется и используется как входной параметр для блочной ТЭЦ и факела.

2.6     Блочная ТЭЦ

Блочная ТЭЦ оборудована собственным управлением и соединена через соответствующий канал передачи данных с управлением процесса БГУ. Система управления блочной ТЭЦ передает состояние работы блочной ТЭЦ на БГУ.