Библиографическое описание:

Тиллоев Л. И., Нуруллаева З. В., Нигматуллаев А. А. Определение состава биогаза хроматографическим способом и улучшение технологии производства // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 310-312.



В последние годы наблюдается бурное развитие техники и технологии, а потенциал электрических, тепловых, углеводородных и других энергий уменьшается. Поэтому, разработка технологий и их усовершенствование по получению возобновляемых энергий, является одной из актуальных проблем современности. Одним из типов возобновляемых энергий является биогаз, Разработка и усовершенствование технологии получения биогазов позволяет получить определенное количество возобновляемой энергии и приводит к улучшению экологического состояния окружающей среды [1–2].

Биогазы получают на биогазовых установках, которые могут быть двух типов. Первый тип: непрерывно работающая установка, постоянно догружающаяся сырьем. Ко второму типу относится периодически работающая установка, которая загружается сырьём полностью до рабочего уровня, а затем герметично закрывается. На установке в течение определенного времени получают биогаз. [3].

Важным аспектом процесса получения биогаза является сохранение оптимального значения влажности загружаемого сырья. Время ферментации составляет 15–35 дней. Значение рН составляет 6,5–7,5. Сырьём для получения биогазов служит: кукуруза, трава, злаки, навоз, внутренности животных, кости, отходы растений, прогнившие зёрна, канализационные стоки, жиры, солодовый осадок и т. д. При использовании любого сырья основа технологии заключается в метановом сбраживании, представляющий процесс разложения органических веществ до получения биогаза [4]. Нами, для получения биогаза, в качестве сырья выбирался навоз крупного рогатого скота. Влажность сырья доводилась до 85 %. В качестве реакторов были использованы толстостенные стеклянные цилиндрические ёмкости, снабжённые штуцерами и краниками для отвода биогаза. Для получения биогаза два баллона были загружены сырьем, объём которых составлял 7 л. Во второй баллон к 7 кг сырья добавлялись 100 г нитрат аммония, обозначим его как (реактор Р2). Ёмкость без нитрата аммония обозначим (реактор Р1). Имеющееся сырье перемешивалось три раза в сутки при помощи специального перемешивателя, вмонтированного в реакторах Р1 и Р2. В реакторах поддерживалась постоянная температура в пределах 350С.

Результаты проведенных исследований показали, что в реакторе Р2 начало газовыделения осуществлялось через 20 часов, а выделение газа в реакторе Р1 началось через 40 часов после загрузки сырья. Установлено, что в начальной фазе объем газовыделения был не значительным, но по мере дальнейшего сбраживания сырья, становился более интенсивным. На рис. 1 приведена временная зависимость выхода общего объема биогаза в реакторах Р1 (рис. 1 а) и Р2 (рис. 1 б). Как видно из рис. 1 объем газовыделения в обоих реакторах начинается в 1-ые сутки сбраживания сырья. По мере роста времени брожения наблюдается усиление интенсивности общего объема газовыделения, максимальный рост которого наблюдался в течение 20 и 40 суточного брожения сырья. В дальнейшем в реакторах интенсивность газовыделения экспоненциально уменьшается. При 60–74 дневной работе реакторов газовыделение сокращается до минимума.

а) б)

Рис. 1. Временная зависимость объемного выделения различных газов: азот (1), кислород (2), ангидрид карбонат (3) и метан (4) в реакторах Р1 (а) и Р2 (б)

На рис. 2 приведены результаты качественного анализа биогазов, выделяемых в реакторах Р1 и Р2, при помощи газоанализатора «6890 Fdilent». На основании результатов, приведенных на рис. 1 и 2 установлено, что в первые 5 суток основным выделяемым газом является азот (N2), объем которого составляет ~ 75–85 %, а доля кислорода, составляет 10 и 3 %.

Аналогичную долю практически составляют ангидрид карбоната и метана. В этих случаях метан является необходимым компонентом, который может быть использован в технике и технологии. Следует отметить, что по мере роста времени брожения существенно уменьшается доля азота. Причем в реакторе Р2, где имелось определенное количество (100 г) минерала аммония доля азота ~ в два раза быстрее сокращается по отношению к доле азотного газа, выделяемого в реакторе Р1.

Рис. 2. Результаты хроматографического анализа биогаза на установке «6890 Fdilent»

Как видно из рис. 3, в реакторе Р2 при 10 суточном брожении доля азотного газа составляет 20 %, а доля азота в Р1 составляет ~ 40 %. При чём в реакторе Р1 доля этого газа уменьшается в течение 15 суток и, далее до 30 суток остается неизменным. В то же время в реакторе Р2 доля азота в биогазе до 20 суточного брожения уменьшается до 4–5 %. Дальнейшее увеличение времени брожения не приводит к существенному изменению доли азота в общем объеме полученного биогаза.

В составе биогазов также наблюдается выделение карбонат ангидрида, доля которого в обоих реакторах изменяется практически одинаково. При этом до 15 суток брожения наблюдается экспоненциальный рост объема карбоната ангидрида и не приводит к его изменению при дальнейшем увеличение времени брожения сырья. В этих случаях брожение сырья в пределах 15–40 суток остается на уровне 35 % от всего объема биогаза. В составе биогаза в реакторах Р1 и Р2 выделяется основной продукт горения в виде метанового газа, результаты которого проведены на рис. 3.

Рис. 3. Временная зависимость объемного выделения биогаза в реакторах Р1 (1) и Р2(2)

В реакторе Р1 доля метана при сбражении сырья от 0 до 15 суток наблюдается экспоненциальный рост объема выделяемого горючего газа. Через 15- 30суток объем метана незначительно увеличивается от 40 до 45 %. В дальнейшем при увеличении времени брожения от 30 до 45 суток, наблюдается резкий рост объема выделяемого метана до 70–75 %. При этом в реакторе Р2, в первые 15 суток доля метана в биогазе увеличивается от 0 до 60 %. По мере увеличения времени брожения увеличивается от 60 % до 75 %.

Таким образом, в результате полученных экспериментальных данных установлено, что добавление 1,4 % нитрата аммония к навозам крупнорогатого скота сокращает время образования метановых газов биогаза в 2 раза. Сокращение времени метанообразованных в реакторах приводит к уменьшению расхода тепловых и энергетических ресурсов.

Литература:

  1. Технологический регламент получения биогаза с полигонов твердых бытовых отходов. Москва 1990.
  2. С. М. Биркин. Совершенствование технологии и технических средств утилизации навоза крупного рогатого скота. Волгоград, 2009.
  3. С. М. Биркин, Н. М. Антонов. Обоснование применения биогазовых установок на животноводческих фермах и комплексах. Вестник КрасГАУ — Красноярск, 2009. № 5. с. 195–199.
  4. С. М. Биркин, Т. В. Ефремова. Особенности систем теплоснабжения биогазовой установки на животноводческих комплексах. Новочеркасск, 2008. № 3 (145). С.83–87.
Основные термины (генерируются автоматически): реакторах Р1, получения биогаза, реакторе Р2, реакторе Р1, доля азота, реакторе Р1 доля, объема биогаза, брожения сырья, общего объема биогаза, реакторе Р2 доля, процесса получения биогаза, биогаза хроматографическим способом, экспоненциальный рост объема, суточного брожения, суточного брожения сырья, регламент получения биогаза, сбраживания сырья, получения биогазов, доля метана, реакторах интенсивность газовыделения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос