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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Instalações de bioenergia. Tecnologia de biogás. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A fermentação, que é a base da produção de biogás, resulta em produtos finais: metano CH4 (55 - 65%), dióxido de carbono CO2 (30 - 35%), hidrogênio H2 (3 - 5%), em uma pequena quantidade de sulfeto de hidrogênio e amônia. Essencialmente, a fermentação combina três processos biológicos: hidrólise, fermentação ácida e metano. A produção de biogás do esterco de palha é de aproximadamente 1 - 1,8 m/dia por cabeça de gado. O biogás tem um poder calorífico médio de 20 - 23 MJm3. Juntamente com o biogás, a digestão anaeróbica de resíduos de gado e aves produz um valioso fertilizante ecológico, desprovido de microflora patogênica, ovos de helmintos, sementes de ervas daninhas, nitritos e nitratos e odores fecais específicos. O potencial de produção de biogás a partir de dejetos de animais, avicultura e empresas processadoras do complexo agroindustrial é muito alto. Produção de biogás a partir de resíduos sólidos urbanos (RSU) O forte aumento do consumo nas últimas décadas em todo o mundo levou a um aumento significativo na geração de resíduos sólidos urbanos (RSU). Um dos principais métodos de descarte de RSU em todo o mundo continua sendo o enterro no ambiente geológico próximo à superfície. Nessas condições, os resíduos sofrem intensa decomposição bioquímica, o que causa principalmente a geração de gás de aterro sanitário (LFG). As emissões de SG que entram no ambiente natural formam efeitos negativos de natureza local e global. Por esta razão, em muitos países desenvolvidos do mundo, medidas especiais estão sendo tomadas para minimizar as emissões de SG. Isso realmente levou ao surgimento de um ramo independente da indústria mundial, que inclui a extração e utilização de gás de aterro. O principal método para resolver este problema é a tecnologia de extração e utilização de SG. Para a extração de gás de aterro em aterros, é utilizado o seguinte diagrama esquemático: uma rede de poços verticais de drenagem de gás é conectada por gasodutos, nos quais a unidade compressora cria o vácuo necessário para transportar o SG até o local de uso (Fig. 5.2). As instalações de coleta e descarte são montadas em um local especialmente preparado fora do corpo do aterro.
Poços verticais são usados para extrair SG em aterros de RSU. Normalmente eles estão localizados uniformemente sobre o território do corpo de despejo com um degrau de 50 a 100 m entre os poços adjacentes. Seu diâmetro varia na faixa de 200 a 600 mm, e a profundidade é determinada pela espessura do corpo do lixão e pode chegar a várias dezenas de metros. Para a perfuração de poços, são utilizados tanto equipamentos de perfuração convencionais quanto equipamentos especializados, que possibilitam a construção de poços de grande diâmetro. Ao mesmo tempo, a escolha deste ou daquele equipamento é determinada por razões econômicas. Cada poço drena um bloco específico de resíduos sólidos, tendo condicionalmente a forma de um cilindro. A estabilidade da operação do poço pode ser assegurada se sua vazão não ultrapassar o volume do SG recém-formado. A avaliação da produtividade de gás dos estratos existentes de RSU é realizada no curso de estudos geoquímicos de gás de campo preliminares. A construção de um sistema de drenagem de gás pode ser realizada tanto em todo o território do aterro de resíduos sólidos após o término de sua operação quanto em seções individuais do aterro de acordo com a sequência de carregamento. Ao mesmo tempo, deve-se levar em consideração que corpos de aterro com espessura de pelo menos 10 m são adequados para a extração de SG. Também é desejável que o território do aterro de resíduos sólidos, onde está prevista a construção do sistema de coleta SG, seja recuperado, ou seja, coberto com uma camada de solo de pelo menos 30 - 40 cm. Em média, a geração de gás termina em um depósito de lixo dentro de 10 a 50 anos, enquanto a produção específica de gás é de 120 a 200 metros cúbicos. m por tonelada de RSU. Uma variação significativa na produtividade do gás e na velocidade do processo é determinada pelas condições ambientais predominantes em um determinado corpo de aterro. Entre os parâmetros que controlam a bioconversão estão umidade, temperatura, pH, composição das frações orgânicas. Produção de biogás a partir de resíduos de esgoto (WWW) Por mais de 20 anos, os países da Europa Ocidental estiveram ativamente envolvidos na solução prática do problema de descarte de resíduos de estações de tratamento de águas residuais. Uma das tecnologias comuns de eliminação de resíduos é a sua utilização na agricultura como fertilizantes. Sua participação no total de WWS varia de 10% na Grécia a 58% na França, com média de 36,5%. Apesar da popularização desse tipo de destinação de resíduos, ela está perdendo seu apelo, pois os agricultores temem o acúmulo de substâncias nocivas nas lavouras. Atualmente, em vários países, o uso de resíduos na agricultura é proibido, por exemplo, na Holanda desde 1995. A incineração do tratamento de águas residuais ocupa o terceiro lugar em termos de eliminação de resíduos (10,8%). De acordo com a previsão no futuro, sua participação aumentará para 40%, apesar do custo relativamente alto desse método. A incineração de lamas em caldeiras irá resolver o problema ambiental associado ao seu armazenamento, obter energia adicional durante a sua combustão e, consequentemente, reduzir a necessidade de combustível e recursos e investimentos energéticos. É aconselhável usar resíduos semilíquidos para gerar energia em usinas termelétricas como aditivo a combustíveis fósseis, como o carvão. Existem duas tecnologias ocidentais mais comuns para incineração de tratamento de águas residuais:
Entre os métodos de combustão separada, o uso da tecnologia de camada líquida é popular; fornos com LCS são operados com mais sucesso. Essas tecnologias permitem garantir a combustão estável de combustíveis com alto teor de componentes minerais, bem como reduzir o teor de óxidos de enxofre nos gases de combustão, ligando-os com calcário ou metais alcalino-terrosos contidos nas cinzas do combustível durante a combustão. Aspectos ambientais do uso de tratamento de águas residuais A comparação das composições químicas de WWS, carvão preto e marrom queimado no CHPP mostra que as composições elementares de WWS e carvão marrom diferem insignificantemente. WWS (6,2% de umidade) contém menos carbono em 24,5% do que o carvão (12% de umidade) e 5% menos do que o carvão marrom (39% de umidade). A proporção de enxofre excede seu peso específico no carvão em apenas 0,2% em comparação com o carvão e em 0,4% em comparação com o marrom. O teor de nitrogênio no WWS é comparável ao da hulha e é 2% maior que o da lenhite. A comparação por matéria seca mostra que o teor de carbono no WS é quase 30% menor, enxofre e nitrogênio quase não mudam. A composição química e as características das cinzas WWS permitem a sua utilização como material rodoviário de construção (com diâmetro de partícula superior a 1 mm), bem como aditivo para cimento ou em lixeiras como enchimento. Possíveis opções para eliminação de resíduos Existem seis opções alternativas para o descarte de lodo de esgoto, baseadas tanto em novas tecnologias não tradicionais desenvolvidas com base na experiência russa ou européia e sem uso prático, quanto em tecnologias completas "chave na mão":
Obtenção de biogás a partir de resíduos de granjas avícolas e pecuárias Recursos renováveis de biomassa de várias origens são acumulados anualmente em grandes volumes ou são usados de forma ineficiente. O uso eficiente da biomassa é possível com a introdução de tecnologias e equipamentos apropriados para a produção de combustível na forma de lascas de madeira, briquetes, gás e combustíveis líquidos. Os materiais experimentais acumulados da revisão falam a favor do amplo uso da biomassa:
No entanto, alguns trabalhos de pesquisa estão em andamento sobre a combustão direta de biomassa e sua digestão anaeróbica. Obtenção de biogás a partir de resíduos florestais e agrícolas Para maximizar o aproveitamento dos resíduos florestais e agrícolas no setor energético, foi desenvolvido um processo de decomposição, que consiste no aquecimento em alta velocidade sem acesso ao oxigênio (ar) a temperaturas nas quais a taxa de liberação dos produtos necessários é máxima. Foi concebido para resolver problemas energéticos e ambientais. Os parâmetros do processo de pirólise rápida, a composição e a quantidade de produtos liberados são especificados preliminarmente para cada tipo de matéria-prima. A instalação é desenvolvida para cada tipo de matéria-prima. As temperaturas máximas de processamento são determinadas pela temperatura de existência da substância na fase condensada. O aquecimento em alta velocidade da substância proporciona: perda mínima de energia para o meio ambiente; a velocidade máxima do processo químico com liberação de produtos na fase gasosa; concentração máxima de umidade e seu uso. A taxa de aquecimento da substância deve exceder a taxa de processos físico-químicos que ocorrem na massa processada. O rendimento do combustível líquido é de 70% da massa orgânica da matéria-prima. Por exemplo, 1 litros de combustível líquido podem ser obtidos de 700 tonelada de serragem. Componentes inorgânicos e produtos de modificação química (resíduo semelhante ao carvão) permanecem na fase sólida. A quantidade de resíduo semelhante ao carbono é determinada pelo teor de lignina e é sempre menor do que a quantidade de resíduo obtido de outros métodos de processamento. Para obter o principal componente do combustível líquido, a fase gasosa é condensada (os produtos de baixo peso molecular formados no processo não são condensados). A fase gasosa, após a condensação ou sem ela, pode ser enviada diretamente para a incineração. O calor de combustão (valor calorífico) do componente principal do combustível é normalmente superior ao poder calorífico do combustível seco deste tipo. Portanto, o poder calorífico da madeira é de 4500 kcal / kg e o calor da combustão do combustível líquido é de 5500 kcal / kg. O combustível líquido pode ser usado como combustível em motores de combustão interna. A instalação é alimentada por eletricidade ou pela queima de produtos processados ou matérias-primas. Vantagens do processo: alta velocidade, alto grau de conversão dos produtos processados; pequenas dimensões da unidade principal da instalação; baixo consumo de energia por unidade de produto processado; baixo custo da energia obtida dos produtos da reação. O custo da instalação com capacidade para 2 toneladas de matérias-primas processadas por dia é de 2,5 milhões de rublos. Ao processar serragem de 2 toneladas, são obtidas 1,4 toneladas de combustível líquido. A produção anual é de 500 toneladas de combustível líquido, ao preço de 0,1 USD/litro, o volume de negócios anual é de 50 mil USD e o período de retorno é de 3 anos. Autor: Magomedov A. M.
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