VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Подземный ресурсосберегаюший биоэнергетический комплекс железобетонной конструкции включает ферменторы, представляющие сооружения железобетонной конструкций прямоугольного сечения верхней части, а нижней части - оригинальной конфигурации в форме трапеции, с наклоном в сторону люка бункеров для обеспечения свободной выгрузки самотечным движением за счет статического давления сброженной биомассы (дигустата).

Основная продукция – биогаз в процессе метаносбраживания из верхней части в форме купола поступает через коллекторы и трубопроводы в газгольдеры для сбора и распределения через специальные устройства потребителям, одновременно в дизельный двигатель когенерационной установки, монтированный в подземном техническом помещении со сводчатой кровлей с сечением 17,5 м², высотой 3,5 м и в длину 20 м.

Ниже донной части каждого ферментора сооружены штольни со сводчатой кровлей для заезда мобильного вида транспорта и вывоза переброженной сухой биомассы (биоудобрения).

Основной задачей доклада является: разработка действующего макета “Подземный ресурсоэнергосберегающий биоэнергетический комплекс железобетонной конструкции для переработки отходов бытовых и агропромышленного производства” на выставку ЭКСПО-2017.

Ключевые слова: ферментор, газгольдер, биопродукции метаносбраживание, биоэнергетический комплекс.

Статья публикуется впервые.

Одним из глобальных вызовов ХХI века, обозначенных Главой государства Н.А.Назарбаевым в новом Послании народу Казахстана, является активное внедрение инновационных технологий производства, альтернативных видов энергии, энергии солнца, ветра и, в том числе, использование биогаза, биогумуса и электроэнергии, получаемых в результате переработки отходов агропромышленного комплекса (навоз, пометы птиц, отходов растениеводства и бытовых и др.) [1].

По результатам системного анализа научных достижений лидирующих стран США, ЕС, Китай, Индия, Германия, Швеция, Россия, Киргизстана., а также Казакстана по производству биогаза рекомендуется подземный энергорсурсосберегающий биоэнергетической комплекс и на основе законов гидрогазодинамики мы можем разработать методы, определение состава полученных биопродуктов, препаративного выделения отдельных компонентов и определения микробиологических чистоты полученных продуктов. Средства интенсификации процесса метаносбраживания и извлечения биопродуктный (биотопливо, биоэтилен, биоудобрение, и др.) из отходов сельскохозяственного пройзводства (навоз, травы, ботва, картофельная, салома и др.) [2,3,4,5,7,8,10,11].

С применением разработанныхметодологической основы и аналитических методов определения состава, препаративного выделения отдельных компонентов и микробиологической чистоты полученных продуктов, создать всевозможные условия централизованного и стабильного обеспечения населения региона, фермерское хозяйство биогазом, биотопливом, электроэнергией, биоудобрением и предотвращения загрязнения окружающей природной среды, путем переработки отходов животноводческого комплекса [3,4,5].

Существуют и имеютса ряд проектов биогазовых устроиств, биоэнэргических комплексов и заводов, которые сооружаются из металла цилиндрической формы с размещением на поверхности.

При сбраживании необходимо поддерживать постоянный уровень биомассы в реакторе. В противном случае работа реактора будет малоэффективной: при повышении уровня свежий навоз, обладающий меньшим удельным весом, в процессе загрузки не поступит в реакционную зону, а при понижении уровня выделяющийся биогаз будет прорываться через узел загрузки в атмосферу [1,2,3,4,5].

Процесс сбраживания осуществляется во всем объеме реактора. В момент разгрузки за счет усреднения биомассы по длине бродильной емкости из реактора вместе со сброженной массой удаляется свежий и частично переработанный навоз. Потеря даже незначительного количества исходного сырья приводит к снижению скорости биометаногенеза.

Настало время думать о том, что человеческая жизнедеятельность будет основываться на увеличении инвестиций в альтернативные и «зеленые» энергетические технологии на тот случай исчерпаемости в перспективе запасов углеводородного сырья в недрах.

Казахстан с обширными территориями имеет огромный потенциал для развития агропромышленного комплекса, и наша страна может стать ведущим государством, как в животноводстве, так и в растениеводстве, внедряя самые передовые технологии и инновации для переработки отходов агропромышленного комплекса и получением биогаза, биогумуса, биотоплива и других видов биопродукции необходимые для жизнедеятельности человека. Для решения таких задач в нашей стране предложены биогазовые установки отечественного производства для переработки животноводческих отходов получением биогаза, биогумуса, метана, углекислого газа (CO₂), электроэнергии, тепловой энергии. Завершены биогазовые установки ТОО «Луговской конный завод» (БЭМ-360) с объемом реактора 360 м³ (2008 г.), ТОО «Гамбург» Нурлыкентского сельского округа Жуалинского района (БЭМ-240) объемом реактора -240 м³ (2007 году) [1,6,9].

Общими недостатками наземных, является дополнительный расход тепловой энергии и его поддержание за счет повышенных тепловых потерь со стороны наружной поверхности ферментора, так как температура наружного воздуха колеблется летом, зимой в среднем 18-20 С, чем температура сбраживаемой массы (45-60 С), непостоянный режим работы, что приводит к снижению его эксплуатационной производительности за счет простоев при загрузке, выгрузке и выхода на постоянный режим.

В состав подземного биоэнергетического комплекса входят четыре биогазовых сооружений-ферменторов (имеются возможности увеличения количества ферменторов и газгольдеров по мере роста потребности в биогазе). Ферментор 7 представляет собой сооружения прямоугольного в сечении (20х15) м², высотой 20 м железобетонной конструкции, объемом каждого 6000 м³. Между первым и вторым, третьим и четвертым ферменторами выше 3,5м от их основания сооружаются две цилиндрические формы диаметром 16м, высотой 16,5м, и объемом каждого 3315,8 м³ газгольдеров 8 железобетонных конструкций сооружены на четырех бетонных тумбах 9. Внутренние стенки газгольдеров 8 и ферменторов 7 со сводчатой крышей для защиты от кислотной среды облицованы пластиковым материалом в виде набрызга. В донной части и вдоль боковых стен камеры ферментора 7 оригинальных конфигураций размещен теплообменник из пластиковых труб 21.

Для круглогодичного обеспечения сырьем, сбором и накоплением из животноводческих ферм 1 и частных хозяйств населения, навозы, бытовые, растениеводческие и другие органические отходы, которые доставляются в специальные сооружения (бокс) 2, где биомасса подготавливается в бетонной емкости 17 к дальнейшей загрузке через люк и сбраживанию в ферменторе 7. Подготовленная биомасса 4 загружается через люк 3 самотеком в ферментор по наклонному желобу или с помощью шнека. В нижней части газгольдера сооружено специальное помещение 18 для обслуживания его и предусмотрен патрубок с пробковым краном 10 для выпуска конденсата.

Для обеспечения термофильного процесса смешивание сбраживаемой биомассы в камере ферментора (реактора) 7 осуществляется струйками газа, подаваемого через коллектор 5 из перфированных пластиковых труб 21, расположенных вдоль донной части ферментора 7.

На фиг. изображен подземный ресурсосберегающий биоэнергетический комплекс железобетонной конструкции.

Фиг. - Подземный ресурсосберегающий биоэнергетический комплекс железобетонной конструкции

Ниже донной части каждого ферментора сооружены штольни 15 со сводчатой кровлей для заезда мобильного вида транспорта и вывоза переброженной сухой биомассы (биоудобрения) 4, а переброженный жидкий биошлам (жидкое биоудобрение) 14 отводится по наклонно проложенным трубопроводам 22 в емкость 13 или разливается в транспортную цистерну. Для выгрузки переброженной сухой биомассы 6 в мобильные транспортные средства в донной части ферментора 7, т.е. по бокам по обе стороны кровли штольни 15 расположены в шахматном порядке бункера 9.

Для обеспечения свободной выгрузки самотечным движением за счет статического давления биомассы, донная часть 13 ферментора 7 выполнена оригинальной конфигурацией в форме трапеции с наклоном нижней части стен 23 камеры в сторону люка бункеров 19.

Биогаз 24, образованный в процессе метаносбраживания, из верхней части ферментора через коллекторы 12 и по трубопроводам 21,11 биогаз поступает в газгольдеры 8 для сбора и распределения через специальные устройства потребителям, одновременно через дополнительные вспомогательные распределители биогаз подается в когенерационный блок, монтированный в подземном техническом помещении со сводчатой кровлей с сечением 17,5 м², высотой 3,5м и в длину 20м. В подземный комплекс входят также другие вспомогательные бетонные помещения для установки технического оборудования и обслуживания:

• офисное помещение.

• помещение для трансформаторной станции;

• рабочее место для установки отопительной сети;

• распределительная станция электроэнергии;

• масляное хозяйство;

• рабочее помещение с санузлом.

Подземные бетонные резервуары, на поверхность которых можно заезжать, имеют большие преимущества: они не меняют общего вида ландшафта, не занимают большой площади земли и, таким образом, могут располагаться в центре архитектурного комплекса.

Подземное расположение имеет также большое преимущество, обусловленное защитой от холода, ветра и влажности, и, в связи с этим, нет необходимости применять механические мешалки с электроприводом большой мощности [2].

В основу доклада поставлены 3 задачи:

-для повышения эксплуатационной производительности за счет использования непрерывного долговечного процесса эксплуатации и повышения экономичности при использовании подземного энергосберегающего биоэнергетического комплекса;

-расширение перечня исходных компонентов, обусловленное коферментацией подготовки биомассы для производства биопродуктов (биогаз, биотопливо, биогумус, биокорма);

-производство электроэнергии когенерационной установкой с дизельным двигателем, использованием биогаза в качестве топлива.

Отличительными признаками подземного биоэнергетческого комплекса является то, что расположения основных оборудовании: ферментора, газгольдера, помещения когонерационной установки и других вспомогательных помещении позволяют сохранить общего вида ландшафта, сэкономить большой площади отвододимого земельного участка. Появляется возможность построить животноводческие фермы, бокс для сбора и подготовки сырья из органических отходов, подготовки биомассы для загрузки в ферментор (реактор) и других вспомогательных хозяйственных помещений на поверхности подземного сооружения, которые могут располагаться в центре архитектурного комплекса.

По мере увеличения потребностей в биопродукции рекомендуемый биоэнергетический комплекс нацеливает на увеличение поголовья животноводчества (КРС, птиц, овец и др.), соответственно, на повышение производственной мощности по переработке органических отходов сельского производства.

Общими достоинствами подземного биоэнергетического комплекса являются: исключение дополнительного расхода тепловой и электрической энергии в процессе метаносбражывания; позволяют выходупроизводственной мощности биоэнергетического комплекса на расчетный режим и его поддержание за счет предотвращения повышенных тепловых потерь со стороны наружной поверхности ферментора, так как температура наружного воздуха колеблется летом и зимой в среднем 18-20 С⁰, чем температура сбраживаемой массы 45-60 С^0,; устанавливается постоянный режим работы, обуславливающий повышение его эксплуатационной производительности за счет исключения простоев и утечки газа через люк для загрузки исходного сырья (навоз, помет, отходы растениеводства, бытовые отходы, падали животных).

Примечание: К сожалению можно было бы использовать как сырье для получения биопродукции метаносбражыванием из падалей 150 тыс. сайгаков, которые в этом году были захоронены в степи региона массовой гибели животных. Еще неизвестно какие будут экологические последствия.

Список использованной литературы.

1. «Стратегия «Казахстан 2050» - новый политический курс состоявшегося государства». Послание Президента Республики Казахстан – Лидера нации Нурсултана Назарбаева народу Казахстана // Знамя труда. – 2012. - № 146-147 (17706-17707)

2. Тилегенов И.С. Отчет о научно-исследовательской работе «Обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии переработки отходов животноводства (на базе животноводческого комплекса Жуалинского района)». ТарГУ им.М.Х.Дулати. Тараз, 2010, 74с.

3. Веденев А.Г., Веденева Т.А.; Под ред. Родиной Е.М. Биогазовые технологии в Кыргызстане.- Бишкек, 2006.-85 с.

4. Шомин А.А. Биогаз на сельском подворье. – Балаклея: Информационно-издательская компания. Балаклiйщина, серия «Делаем сами», 2002.- 68с.

5. Ильясов Ш.А.., Родина Е.М., Якимов В.М. Инвентаризация парниковых газов. Кыргызстан: 1990-2000 годы. /Проект ГЭФ/ПРООН №KYR/100/G31, Бишкек: 2003.-135 с.

6. Анализ состояния хранения отходов животноводского комплекса Жуалинского района Жамбылской области

7. Василов Р.Г. Биотопливо: биодизель, биоэтанол, биогаз. Общество биотехнологов России им.Ю.А.Овчинникова. Москва, 2007, 83с.

8. Handbook of biogas utilization (2nd ed.). – Diane Pub., 1996. – 230 p.

9. Система ведения сельского хозяйства Жамбылской области. Рекомендации. Под редакцией к.э.н. Б.Б.Жексембина, Тараз ТОО ЖИЦ «Сенiм» 2006 – 456 с.

10. Глобальная экологическая перспектива 2000. Доклад ЮНЕП о состоянии окружающей среды в конце тысячелетия. ЮНЕП, 1999-398 с.

11. Farr C.A. Biogas-Praxis. – Oekobuch Vlg + Verstand, 2005. – 238 S.

Код для цитирования: Скопировать