Hlavní sledované parametry při provozu bioplynové stanice

Hlavní sledované parametry při provozu bioplynové stanice

Luděk Kamarád Wolfgang Gabauer Rudolf Braun Roland Kirchmayr 2.12.2009

Energyfuture AT-CZ, Brno 2009 / IFA Tulln

1 z 21

Obsah

Krátké představení Schematické spořádání bioplynové stanice Sledované parametry u vstupních substrátů Sledované parametry u fermentorů Sledované parametry u digestátu Sledované parametry u bioplynu Sledované parametry u kogeneračních jednotek Příklad – kukuřičná vs. travní siláž

2.12.2009


2 z 21

IFA - Institut pro agrobiotechnologie

• Analytická chemie • Biotechnologie v rostlinné výrobě

• Environmentalní biotechnologie

• Biotechnologie v živočišné výrobě

• Přírodní materiály a obalová technika

2.12.2009


www.ifa-tulln.ac.at 3 z 21

Pracovní skupina „Biogas“

Optimalizace a zvyšování efektivity provozu bioplynových stanic Základní výzkum

Optimalizace procesu AD

Konzultace

= partner pro provozovatele BPS, průmyslové firmy a instituce státní správy 2.12.2009


4 z 21

Blokové schéma bioplynové stanice Substrát

F1 Bioplyn

F2 KJ

Skladovací nádrž digestátu

El. energie

Tep. energie

Digestát

2.12.2009


5 z 21

Substrát – sledované parametry

Mám zajištěn dostatek substrátu? Kvalita (obsah sacharidů, bílkovin a tuků) – dostupnost pro mikroorg. Původ (souvisí s kvalitou) Sušina (%) Organická sušina (%), CHSK Struktura (velikost částic, je potřebná předúprava? -> jaká?) Organické zatížení fermentoru (kg org.sušiny/m3F*d-1) Dávkované množství (t/d nebo m3/d) Frekvence dávkování

2.12.2009


6 z 21

CHSK a sušina - základy CHSK (chem. spotřeba kyslíku) v oblasti bioplynu jako g/kg příp. g/L v oblasti odpadních vod mg/L:

Voda (%)

Organická sušina (%)

Popel = anorg. sušina (%) 2.12.2009

Æ sumární parametr představující úplnou chemickou oxidaci vzorku pomocí dichromátu draselného Æ lze stechiometricky spočítat Sušina (%)

Např. glukóza: 1 C6H12O6 + 6 O2 Æ 6 CO2 + 6 H2O 180 g + 192 g Æ 264 g + 108 g 192 g O2 na 180 g glukózy Æ 1.067 g CHSK na kg glukózy


7 z 21

Substrát - vlastnosti BP výtěžek m³/kg org. sušiny

% Methan

Poznámka

Sacharidy

0,83

50

Okyselení

Tuky

1,43

70

Fettschock

Bílkoviny

0,72

71

Pěnění Ammoniak (pH) Pěnění

Zdroj: ATV-DVWK-Regelwerk, Merkblatt ATV-DVWK-M 363, S. 10, Hennef, 2002, ISBN: 3-936514-11-9

2.12.2009


8 z 21

Fermentory - proces tvorby bioplynu 5%

Komplexní organické sloučeniny Polysacharidy, Bílkoviny, Tuky

20%

Hydrolýza 10%

Jednoduché organické sloučeniny monosach., aminokys., mastné kyseliny

35%

Acidogeneze Organické kyseliny a alkoholy 13%

Acetogeneze

H2, CO2 28%

2.12.2009

17%

Kys. octová (Acetát) CH4, CO2 Energyfuture AT-CZ, Brno 2009 / IFA Tulln

72%

Methanogeneze

9 z 21

Fermentory - sledované parametry

Teplota (mezofilní nebo termofilní provoz) Míchání Průměrná doba zdržení (HRT = VF/Vdd) Chemické parametry: Jednotka

(Zdroj: Labor IFA-Tulln/UT; n = 167, DI Michael Laaber)

Rozmezí hodnot Zelená

Žlutá

Červená

pH

[-]

7,5 – 8,1

7,1 – 7,5

< 7,1; > 8,1

Sušina

[%]

3–9

<3

>9

Org. sušina

[%]

2,4 – 5,5

< 2,4; 5,5 – 6,5

> 6,5

TKN

[g/l]

<6

>6

-

NH4-N

[g/l]

<5

>5

-

UAN *

[mg/l]

< 600

600 – 800

> 800

Kys. octová

[mg/l]

0 – 1.000

1.000 – 3.000

> 3.000

Kys. propionová

[mg/l]

0 – 250

250 – 1.000

> 1.000

[g/l]

0 – 1.500

1.500 – 4.500

> 4.500

[mgHAc /l]

0 – 2,5

2,5 – 20

> 20

VFA suma UFA suma ** 2.12.2009


10 z 21

Nižší mastné kyseliny a organické zatížení Fermenter 1 NH4-N UAN Essigsäure Propionsäure pH UVA total Beschickung CSB

5000

10

9

4000

pH

3500

8

7

3000

6 NH4 -N

2500

5

2000

4 CSBRaumbelastun g

1500

3 Essigsäur

1000

2

500

1

UAN

UVA total

Propionsäure

0

0

12.7.04

2.12.2009

31.8.04

20.10.04

9.12.04

Energyfuture AT-CZ, Brno 2009 / IFA Tulln Datum

28.1.05

19.3.05

11 z 21

pH [-], Undissoziierte Säuren ges. [mg/l], Beschickung CSB [kg/m³.d]

NH4-N, Undissoziierter Ammoniak, Essigsäure, Propionsäure [mg/l

4500

Fermentory – organické zatížení oTS-Raumbelastung (Laaber 2005) 60

rel. Häufigkeit [%]

50

40

30

20

10

0 <2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

<8

org. Raumbelastung [kgoTS/(m³FV•d)]

2.12.2009


12 z 21

Skladovací nádrž a digestát Stupeň rozkladu (úbytek org. sušiny, CHSK a obsah nižších mastných

kyselin, zbytkový potenciál tvorby bioplynu) Byla celková doba zdržení v systému dostatečná? Jakým způsobem chci digestát využívat? Obsah NH4-N, TKN Další chem. parametry související s aplikací na zem. půdu

2.12.2009


13 z 21

Bioplyn – sledované parametry Množství vyprodukovaného bioplynu (Nm3/h) Složení bioplynu (obsah methanu, H2S) Odpovídá vyprodukované množství (Nm3/kg org. sušiny) předpokladům? Materiálová bilance Směs methanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2) Vodík, (H2S: ~0,3%) Stopy N2, CO, NH3, ostatní sloučeniny

Obsah methanu: 50-75%

závisí na substrátu, pH, stavu procesu a teplotě

Hustota: 1,2 kg/m³ Výhřevnost methanu: Ho = 39,3 MJ/Nm³ Výhřevnost bioplynu (65% CH4):

Ho= 25,6 MJ/Nm³ (Hu= 21,5 MJ/Nm³)

Mez výbušnosti: 5,4 -13,9% CH4 ve vzduchu Teplota vznícení 700°C

2.12.2009


14 z 21

Kogenerační jednotka

El. a tepená účinnost KJ Množství vyrobené a prodané el. energie (kWhel/a) Množství vyrobené a prodané tep. energie (kWhtep/a) Lokalizace KJ Kapacita plynojemu Plánování servisních prací Dvě menší nebo jedna velká KJ? Jak co nejlépe využít energii, která je k dispozici?

2.12.2009


15 z 21

Materiálová bilance 500kWel. Kukuřičná siláž vs. travní siláž

BPS monitorována 2 roky Denní sběr dat Zpracování roční materiálové bilance

2.12.2009


16 z 21

Materiálový tok pouze kukuřičná siláž

Unit: tww.d-1 2.12.2009


17 z 21

Materiálový tok Kukuřičná siláž (48%), Travní a jetelová siláž (52%)

Unit: tww.d-1 2.12.2009


18 z 21

Výsledky Doba zdržení, Produkce bioplynu Jednotka

Kukuřičná sil.

Kukuřičná, travní a jetelová siláž

F1

d

63,40

33,73

F2

d

65,08

34,76

NmGas3mFV-3d-1

2,96

2,43

0,55

0,81

Doba zdržení

Produkce bioplynu F1 F2 2.12.2009

NmGas3mFV-3d-1


19 z 21

Aerobní vs. anaerobní zpracování AEROBE ENERGIETRANSFORMATION Mikrobielle Biomasse Substrat Chemische Energie 100 %

~50 %

~50 %

Transformierte chemische Energie

Restsubstrat

ANAEROBE ENERGIETRANSFORMATION Mikrobielle Biomasse 5-10 % Substrat Chemische Energie 100 %

~90-95 %

BIOGAS

Energbi4.Cdr

Restsubstrat 2.12.2009


20 z 21

Děkuji za Vaši pozornost

Kontakt: Tel: +43-2272-66280-517 Fax: +43-2272-66280-503 E-Mail: [email protected] www.ifa-tulln.ac.at www.codigestion.com

Literatura: [1] Resch, C., Braun, R., Kirchmayr, R., 2008, The influence of energcrop substrates on the mass-flow analysis and the residual methane potential at a rural anaerobic digestion plant, Water Science and Technology, Vol 57, 1, 2008, 73-81 [2] W. Gabauer, G. Voitl, R. Waltenberger, P. Bock, R. Braun, R. Kirchmayr, 2008, Microbiological monitoring of all biogas plants in the province of Lower Austria, Vth International Symposium on Anaerobic Digestion of Solid Wastes and Energy Corps, Hammamet, Tunisia, May 2008 2.12.2009


21 z 21

Hlavní sledované parametry při provozu bioplynové stanice

Recommend Documents