5.2 Отримання біогазу в лабораторних умовах

Основною частиною установки є три дволітрових пластикових пляшок і сполучні трубки.

Для виконання тесту необхідно помістити різні зразки сировини (розведений водою коров'ячий або свинячий гній, курячий послід, інші органічні відходи або суміш перерахованих компонентів у різних пропорціях) у дві пластикові пляшки, які в даному випадку виконують роль біогазового реактора.

Міні-реактори з'єднуються за допомогою трубок через невелику ванну (гідрозатвор) з газовими накопичувальними ємностями - газгольдерами, виготовленими з таких же пластикових пляшок.

Основним показником ефективності роботи пристрою є швидкість наповнення газгольдерів біогазом. Так можна оцінити майбутню продуктивність біореактора під час роботи на певній сировині. Зібраний у газгольдері газ через газовідвідну трубку подається на факел, де і спалюється.

1. Нагрівальна ванна, і = 32°С

1. 

   Реактор, наповнений субстратом, вологість 90-95%

2. Газовідвідна трубка

3. Газгольдер

4. Ванна з гідрозатвором

5. Газовідвідна трубка з факелом_ь

6. Помпа, що подає воду в газгольдер

7. Водовідвідна трубка

Рис. 5.1 - Схема лабораторної біогазової установки

Можливий енергетичний вихід установки на біогаз визначається співвідношенням

E = з/H_bV_b (5.1)

де з — ККД горілочного пристрою, казана і т.д. (складає приблизно 60%). Відомо, що деяка кількість метану, що згорає, йде на підігрів СО_2, що входить в біогаз, і за рахунок цього не може бути витрачено на інші цілі, в результаті знижується ККД.

Н_b — теплота згорання на одиницю об'єму біогазу (питома об'ємна теплота згорання біогазу), складає приблизно 20 МДж/м³ при парціальному тиску близько 103 Па,

V_b — об'єм отримуваного біогазу.

Співвідношення (5.1) для чистого метану, що входить в біогаз, має наступний вигляд:

E = зH_mf_mV_b (5.2)

де Н_т — питома теплота згорання метану (56 МДж/кг, за нормальних умов 28 МДж/м³,

f_т — частка метану в біогазі (близько 0,7).

Об'єм біогазу визначається з виразу

V_b= с т₀ (5.3)

де c — вихід біогазу з сухої біомаси (від 0,2 до 0,4 м³/кг);

т₀ — маса сухого зброджуваного матеріалу (наприклад, 2 кг/добу на одну корову).

Об'єм рідкої маси, що заповнює біогазогенератор, рівний

V_f = m₀/p_m (5.4)

де р_m — щільність сухого матеріалу, розподіленого в масі (близько 50 кг/м³).

Об'єм самого біогазогенератора визначаємо виразом:

V_d=V_f t_r (5.5)

де V_f — швидкість подачі зброджуваної маси в генератор;

t_r — час перебування чергової порції в генераторі (від 8 до 20 діб).

Визначимо об'єм біогазу, що отримується за допомогою біогазогенератора, що утилізував гній чотирьох корів, і забезпечувану ним потужність. Час циклу зброджування 14 діб, температура 30° С, подача сухого зброджуваного матеріалу від однієї тварини йде із швидкістю 2 кг/добу, вихід біогазу складає 0,24 м³/кг, ефективність горілочного пристрою – 0,6, вміст метану в отримуваному біогазі – 0,8.

M₀ = 4 · 2 кг/добу = 8 кг/добу

Згідно (6.4) об'єм рідкої маси складає

V_f = 8 кг/добу / 50 кг/м³ = 0,16 м³/добу

Згідно (6.5) об'єм біогазогенератора

V_d = 20 діб · 0,16 м³/добу = 3,2 м³

З обліком (6.3)

V_b = 0,24 м³/кг · 8 кг/добу = 1,92 м³/добу.

Згідно (5.2)

E = 0,6 · 28 МДж/м³ · 0,8 · 1,9 м³/добу = 26 МДж/добу = 7,1 кВт-год/добу = 300 Вт (безперервно, теплова).

В результаті проведених досліджень встановлено, що із гною 4 корів отримано 1,85 м³/добу біогазу, що на 0,07 м³/добу менше від теоретичного виходу.