Биогаз

Этот материал получен от частного унитарного предприятия Крансервис (212036, г.. Могилев, улица Кутепова, 2, офис 202 212036, г.. Могилев, улица Кутепова, 2, офис 202 Осипов В.В. - директор Одинцов Серг

ей Ильич - заместитель директора)

Целью этого предложения является создание биоэнергетической установки (далее МЭС) для анаэробного сбраживания органических отходов в термофильном режиме, с объемом переработки до 25 тонн навозных стоков в сутки влажностью до 95%. При этом на выходе из МЭС получаются экологически чистые, без нитратов и нитритов, жидкие органические удобрения со следующими характеристиками, которые уточняются после запуска установки:

Влажность 95-97%

Абсолютно сухое вещество, АСВ 4-5%

Сухое органическое вещество, СОВ 65-75%

Водородный показатель рН 7,0-7,4

Плотность 1003-1012 кгм.куб

Общий азот 7,2% до АСВ

Фосфор 3,8% до АСВ

Калий 3,9% до АСВ

Углерод 1,06%

Наличие жизнеспособных яиц гельминтов 0

Всхожесть семян сорняков 0

Нитраты и нитриты 0

В качестве другого продукта при прохождении реакции сбраживания в БЭУ выделяется биогаз состоит из метана, углекислого газа и небольшого количества других сопутствующих газов. Выделяется биогаз создает возможность использования его для получения тепловой и электрической энергий.

Внедряя МЭС для переработки органических отходов, решаются следующие задачи:

А. Экологическая.

Происходит полная утилизация навоза и других органических отходов с их обеззараживанием. Сельскохозяйственных животных часто поражаются заболеваниями, вызванными паразитируют червями-гельминтами. Через пораженности животных в Республике недополучает до 10% продукции животноводства. Обычно гельминтами животные заражаются, заглатывая их яйца-личинки, которые попадают во внешнюю среду с калом животных. Поэтому уничтожение их перед использованием навоза имеет большое профилактическое значение, особенно на пастбищах и полях, пре

дназначенных под кормовые культуры. Патогенная микрофлора не переносит температуру свыше 40 гр.и погибает в течение короткого периода времени при температуре 55гр. Это делает термофильный режим сбраживания органических отходов наиболее приемлемым с точки зрения их обеззараживания и получения большего количества биогаза. Кроме этого устраняется эмиссия неприятных запахов, выделяемых органикой, полностью уничтожаются семена сорняков. В результате применения после переработки жидких органических удобрений, поля засоряются и становятся экологически чистыми. При внедрении МЭС снижаются объемы типовых очистных сооружений, создает возможность экономии материалов и оборудования при строительстве новых объектов и реконструкции старых.

Б. Агрохимическая.

При переработке органических отходов в МЭС получаются экологически чистые жидкие органические удобрения, которые используются для получения экологически чистой продукции. В полученных органических удобрениях все вещества переходят в форму, легко усваивается растениями, что делает их эффективными сразу после внесения в почву. Также это создает возможность ухода от применения минеральных удобрений. Как показали испытания аналогичных удобрений в России и Прибалтике, внесение их в разведенном виде в соотношении 1:10, из расчета три тонны концентрированных удобрений на 1 ГА, или 30 тонн в разбавленном виде, повышают урожайность всех культур на 20-50%, а в некоторых культур (земляника и клубника) в два раза. Научное объяснение данного эффекта было дано на Международном симпозиуме, проходившем в Санкт-Петербурге в 2002 году, где было сказано, что в МЭС при термофильном режиме сбраживания синтезируются вещества класса ауксинов, которые способствуют ускоренному росту и развитию растений. Дальнейшее изучение данного механизма может открыть возможность получения сверхэффективных органических удобрений. При внесении жидких органических удобрений в почву, они способствуют сохранению влажности даже в сухую погоду и благодаря содержанию гумусных материалов улучшают физические свойства почвы. Как показали испытания, внесенные удобрения способствуют усвоению минеральных веществ, находящихся в почве в связанном состоянии. Кроме всего прочего получаемые жидкие удобрения содержат полный набор микроэлементов, необходимых для роста растений, и могут использоваться для выращивания сельхозпродукции гидропонным методом, при этом получаемая продукция имеет хорошие вкусовые качества и экологически чистая.

В. Энергетическая.

Выделяется при получении удобрений в МЭС, биогаз, используется для получения тепловой и электрической энергий, и создаются все условия для энергонезависимого обеспечения БЭУ. Данное обстоятельство позволяет использовать МЭС в отдаленных от энергоснабжающих сетей районах, а также возможна подача энергии в существующие сети в целях экономии закупаемых энергоносителей. Из органических отходов при переработке 25 тонн в сутки мы можем получить от 500 до 1000 метров кубических биогаза в сутки, при теплотворной способности биогаза от 5200 до 5600 ккалм.куб, и около 100кВт.час.електроенергии (860000 кВт в год).

Г. Социальная.

При запуске МЭС улучшается экологическая обстановка, улучшаются условия труда рабочих, находящихся в зоне МЭС и прилегающих районах, создаются рабочие места.

Д. Экономическая.

Используя жидкие органические удобрения и уходя от применения минеральных удобрений, мы получаем экологически чистую продукцию с повышенной урожайностью, при этом не засоряем поля и не наносим экологического ущерба от применения минеральных удобрений. Учитывая, что затраты на покупку минеральных удобрений составляют около 60 $ на 1 гектар посевной площади, можно сразу рассчитать экономический эффект от использования собственных органических удобрений. Используя биогаз в качестве источника тепловой или электрической энергий, мы экономим на энергоносителях, что снижает долю использования покупных энергоносителей как минимум на 10%. В итоге мы выиграем на экономии минеральных удобрений, энергоносителей, повышение урожайности по всем видам сх культур.

Есть. Дополнительная. (Перспективная)

Средства, полученные от экономии внедрения БЭУ, можно направить на приобретение компрессорной станции. В результате можно из биогаза получать газ для заправки автомашин, а также углекислый газ, как в сжатом, так и в твердом виде (сухой лед). При использовании биогаза для получения генераторного газа, можно увеличить энергетическую составляющую в несколько раз, что существенно снизит энергетические затраты любого хозяйства и долю этих затрат в себестоимости получаемой х продукции. Твердую фракцию удобрений можно использовать при производстве белково-кормовых добавок.

Создание и внедрение МЭС дает целый ряд преимуществ:

• значительное снижение объемов очистных сооружений;

• в полученных органических удобрениях в аммонийной или органической форме сохраняется весь азот и др компоненты (калий, фосфор и т.д.) содержатся в исходном сырье;

• использование органических удобрений вместо минеральных, что значительно дешевле;

• улучшение физических свойств почвы за счет содержания гумусных материалов;

• увеличение урожайности по всем видам х культур как минимум на 20%;

• большая потребность в органических удобрениях для производства и выращивания экологически чистых продуктов;

• выделяется биогаз, несмотря локального размещения БЭУ, не требует строительства дорогих газопроводов и обеспечивает надежное снабжение энергией;

• создает возможность перспективных разработок по выращиванию отдельных видов сх культур с повышенной урожайностью, что особенно выгодно в условиях тепличных комплексов;

• создание благоприятной ?? экологической обстановки на территории и округе, где смонтирована и работает БЭУ;

• уменьшается засоренность полей, чем так грешно внесение непереработанном органики и исключается передозировка при подкормке, чем так грешно внесение минеральных удобрений.

Из сказанного следует, что для развития, создания и внедрения МЭС с целью получения биогаза и высококачественных, экологически чистых органических удобрений необходимы инвестиции, которые стимулировали бы научно-технические работы в данной области и способствовали их внедрения в АПК для повышения рентабельности и конкурентоспособности продукции сельского хозяйства.

Возможная схема реализации проекта и краткое технико-экономическое обоснование этого проекта по созданию и внедрению МЭС

Показатель СН4 компоненты CO2 Н2 Смесь 60% СН4 + 40% COz

Объемная доля,% 55-70 27-44 1 100

Объемная теплотасгорания, МДж/м3 35,8 10,8 22,8 21,5

Температура воспламенения, ° С 650-750 - 585 650-750

Выход биогаза зависит как от исходного сырья (табл.), Так и от технологии переработки.

Таблица: влияние вида исходного сырья на выход биогаза в мезофильном режиме сбраживания.

Исходное сырье Выход биогаза из 1 кг сухого вещества, л/кг. Содержание метана в газе,%

Трава 630 70

Древесная листва 220 59

Сосновая игла 370 69

Ботва картофельная 420 60

Стебли кукурузы 420 53

Половая 615 62

Солома пшеничная 340 58

Солома льняная 360 59

Лузги подсолнечника 300 60

Навоз КРС 200 .. 300 60

Конский навоз с соломой 250 56 .. 60

Домашние отходы и мусор 600 50

Фекальные осадки 250 .. 310 60

Твердый осадок сточных вод 570 70

В термофильном режиме сбраживания выход газа увеличивается до 20% и более.

Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, использования подстилочного материала, теплоснабжения, создать один типичный биореактор невозможно. Конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.

Для небольшой установки наиболее простое решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. Биореактор из железобетона требует меньше металла, но более трудоемкий в изготовлении. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны различные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пено-полиуриетана т.д. Давление газа, получаемого в биореакторе (300-400 мм вод. Ст.), Достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.

Примерные затраты материалов и средств

Оборудование и материалы:

Емкости для биореактора, газгольдера и хранения готовой продукции - изготавливаются в зависимости от потребности хозяйства, могут быть использованы емкости из под аммиачных удобрений или горюче-смазочных веществ, а также изготовленные из бетона. Общий объем биореактора должен составлять не менее 10-ти кратного объема ежесуточно получаемых отходов, плюс 15-20% от полученного объема. Биореактор с объемом переработки 25 тонн навозных стоков в сутки, влажностью 95%, должен иметь общий объем до 300 м.куб. Объем получаемого газа составит от 600 до 1000 м.куб. в сутки и отсюда, учитывая непрерывный расход газа для работы газопоршневого генератора, объем газгольдера может быть сопоставим с объемом биореактора, то есть тоже 250-300 м.куб.Емкость для хранения готовой продукции должна обеспечивать ее хранение как минимум в течение периода времени, необходимого для использования продукции. Кроме этого необходимы:

• Насосы шнековые - 2шт;

• Насосы фекальные - 2шт;

• Насосы рециркуляционные - 2шт (может и больше);

• Трубы диаметром 100, 50, 40, 32, 25, 15 - метраж в зависимости от расположения и конструкции биореактора и газгольдера;

• Изоляционный и теплоизоляционный материал;

• Газопоршневой генератор для получения электроэнергии и тепловой энергии (в нашем случае, при переработке 25 тонн навозных стоков, до 100 кВт эл.энергии и 150 кВт тепловой энергии).

Эскизную документацию на строительство биореактора специалисты хозяйства (инженер-механик, строитель, энергетик, электрик) могут подготовить за несколько дней. В документацию должны входить: технологическая схема, план размещения биореактора, газгольдера и газопоршневого генератора, потоки энергии и продуктов, трубопроводы, емкость готовой продукции, схема подключения насоса и осветительной арматуры, калькуляция - смета расходов. На генплане хозяйства нужно показать основные трубопроводы, подъездные пути, молниезащиту. Документацию необходимо согласовать с газовой инспекцией и пожарной охраной. При эксплуатации биореактора необходимо соблюдать все действующие нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. Биогаз имеет более узкий предел взрываемости, чем природный газ, - от 6 до 12% (вместо5-15%). В документации следует предусмотреть вентиляцию, которая, согласно СН. 433-79, должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м.куб. восьмикратный обмен воздуха в час.

1. Производственные затраты на изготовление органических удобрений и биогаза в месяц (без учета стоимости исходного сырья)

1.1. Сырье (органические отходы собственного производства) 25 Тсутому, 750 Тмес 0

1.2. Вода и вспомогательные материалы (химреактивы, разовое оборудования и др) 1500

1.3. Фонд заработной платы 2500

1.4. Дополнительный фонд заработной платы и налоги 1500

1.5. Непредвиденные и непроизводственные расходы (ремонт, командировки, представительские и пр) 1000

1.6. Амортизация (10 лет 240000: 10 = 24000 в год: 12 = 2000 в мес.) 2000

ИТОГО: 8500 $ США

Амортизация рассчитана исходя из стоимости оборудования, монтажа, наладки и строительных работ в сумме (при производительности 25 тонн в сутки) 240000 $ США.

2. Производственные затраты на изготовление органических удобрений и биогаза в месяц (с учетом стоимости исходного сырья)

2.1. Сырье (органические отходы собственного производства) 25 Тсутому, 750 Тмес * 10 = 7500

2.2. 1.2. +1.3. +1.4 +1.5 +1.6 8500

ИТОГО: 16000 $ США

3. Производство продукции в месяц.

3.1. Удобрения 25000 литров в сутки * 30750 тис.л.в мес.

3.2. Биогаз 500-1000 куб. в сутки. В среднем 750 м.куб. в сутки

А) 750 * 30 22500м.куб.в мес.

Б) 750: 24 31м.куб. в час.

4. Себестоимость удобрений за один литр:

а/без учета стоимости исходного сырья:

8500: 750000 = 0,012 $ США

б/с учетом стоимости исходного сырья в пределах 10 $ США за 1 тонну

16000: 750000 = 0,022 $ США

Себестоимость биогаза принимаем равной нулю, как побочного продукта.

Стоимость одного литра жидких органических удобрений на рынке составляет 0,1 $ за литр, получая в год (750000 * 12 =) 9.000.000 литров удобрений, можно расфасовать их в объеме 20%, что составит 1.800.000 литров. С учетом получаемой прибыли (даже с учетом стоимости исходного сырья, 0,1 - 0,022 = 0,078) получим дополнительную прибыль в размере: 0,078 * 1800000 = 140400 $ США. Из расчета видно, что реализуя удобрения населению в объеме 20% от произведенной продукции, окупаемость проекта составит не более 2-х лет.

Дополнительная прибыль при реализации данного проекта и сокращения сроков окупаемости мы получим:

1. Тепло, получаемое при утилизации работы газогенератора, используется на собственные нужды биоустановки, а также порядка 10кВт эл.энергии, при таких данных мы имеем возможность использовать для внешних потребителей от 60 до 70 кВт часов эл.энергии.

Использование данного обстоятельства позволяет снизить срок окупаемости проекта как минимум на 3 месяца.

2. При использовании получаемых удобрений за счет прироста урожайности как минимум на 15%, а это делает возможным окупаемость проекта в течение одного года (сезона).

3. Перерабатывая получаемые удобрения и выделяя твердую фракцию, для получения белково-кормовых добавок, снижаем срок окупаемости проекта до рекордно коротких сроков.

Как видно из предоставленных расчетов, внедрение БЭУ приносит значительный экономический эффект, позволяющий за счет сэкономленных средств от установки МЭС повысить экономическое положение и социальную сферу хозяйства, а также увеличить объем производства экологически чистой сельхозпродукции.