Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 0

Как добывают газ? виды газодобычи, описание, фото и видео

Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Этот газ представляет собой смесь пропана С3Н8 и бутана С4Н10, извлекаемую их попутных нефтяных газов, из конденсатных фракций природного газа, из газов процессов стабилизации нефти и конденсата, из нефтезаводских газов, получаемых с установок переработки нефти. Помимо пропана и бутана нефтяной газ содержит по массе порядка 6% других углеводородов – этана, этилена, пропилена, бутилена и их изомеров, то есть состав СНГ неоднороден и непостоянен. Для контроля утечек в состав СНГ вводят зловонные вещества – меркаптаны. Меркаптаны легко идентифицировать носом, когда на улице мимо вас проезжает газобаллонная «ГАЗель».

Главное преимущество пропана и бутана в высокой критической температуре. Критической называют температуру, при которой плотность жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

У пропана критическая температура 96,8 °C, у бутана 152,0 °C, что позволяет легко сжижать эти газы и хранить в жидком состоянии при относительно невысоком давлении до 1,6 МПа. Это также означает, что сосуд для хранения СНГ будет сравнительно легким, а храниться в сжиженном состоянии газ может сколь угодно долго при условии полной герметизации сосуда. Вместе с тем баллон для СНГ – это сосуд под давлением, и ему невозможно придать любую форму, как, например, бензобаку. Это обстоятельство порождает проблемы с размещением газового баллона на машине.

Для заправки автотранспорта используют две марки СНГ: летнюю и зимнюю. Летняя марка, или пропан-бутан автомобильный (ПБА), содержит 50±10% пропана по массе. Зимняя, или пропан автомобильный (ПА), содержит 85±10% пропана по массе. Таким образом, регулируя содержание легкого пропана, обеспечивают круглогодичную эксплуатацию газобаллонных автомобилей.

Применение СНГ огра­ничено бензиновыми двигателями, то есть двигателями с низкой степенью сжатия и исковым зажиганием. Это легковые автомобили, мало- и среднетоннажные грузовики и энергетические установки. Расход СНГ на 10–15% выше, чем бензина, из-за меньшей объемной теплотворности: 1 л бензина будет эквивалентен 1,1–1,15 м3 СНГ, а в реальных условиях из-за падения мощности двигателя – 1,15–1,3 м3 СНГ. При низкой температуре двигатель пускают на бензине, после прогрева водитель может переключиться на газ прямо из кабины. Переходить с одного вида топлива на другой можно на ходу.

Пропан-бутан тяжелее воздуха в 1,5–2 раза и при утечке скапливается у земли, создавая взрывоопасную и вредную для здоровья атмосферу. Поэтому газобаллонные автомобили хранят на открытых стоянках, а ремонтные зоны оснащают хорошей вентиляцией. Длительное вдыхание пропан-бутана не только малоприятно по причине меркаптанов, но и ведет к плохому самочувствию, вплоть до отравления.

Октановое число СНГ около 105, и, как утверждают, ни в одном режиме работы двигателя не возникает детонация. Это утверждение не должно служить поводом для самоуспокоения, при определенной пытливости ума детонации можно добиться.

С учетом затрат на оборудование газовой аппаратурой, ее массы и меньшего запаса хода на одной заправке перевод автомобиля на СНГ остается выгодным благодаря цене. Локомотивом продвижения СНГ в массы были и остаются легковые автомобили и малотоннажные грузовички. Сжиженные нефтяные газы вырабатывают те же компании как побочный продукт производства жидкого топлива, что сказывается на количестве газовых заправок – компании заинтересованы в сбыте собственного продукта.

Что касается дизельных двигателей, то здесь пропан-бутан не имеет перспектив из-за нестабильности горения при высокой степени сжатия. Это основная причина, почему СНГ не прижились на дизелях. Но потенциал СНГ полностью еще не раскрыт.

Водородные цели Европы

Попытки наладить использование водорода в качестве энергоносителя ведутся уже давно. Но сейчас, на фоне стремления ЕС к 2050 году сократить уровень углеродных выбросов до нуля, водородная энергетика переживает очередное возрождение.

Согласно представленной в начале июля стратегии Еврокомиссии, к 2030 году водородное топливо должно стать интегральной частью энергосистемы Евросоюза. В ближайшие четыре года в ЕС должно быть обеспечено строительство электролизных установок, которые позволят запустить производство до 1 млн тонн возобновляемого водорода. В перспективе водород планируется использовать в секторах, трудно поддающихся процессу декарбонизации, например, в тяжелой промышленности и на транспорте. В то же время ЕС признает необходимость использования природного газа по меньшей мере до 2030 года.

В свою очередь 11 крупных компаний Европы, обладающих инфраструктурой по транспортировке и хранению газа, представили свой план водородного будущего, согласно которому к 2040 году протяженность водородных трубопроводов достигнет 23 тыс. км, а 75% из них будет состоять из переоборудованных газовых труб. Перестроить на водород, в частности, планируется и трубопровод, который является продолжением балтийских маршрутов поставок газа из России — «Северный поток» и строящийся «Северный поток — 2». Последние при этом рассматриваются как «потенциальные дополнительные маршруты» поставок.

По словам аналитиков, в настоящее время без серьезной модернизации инфраструктура газопроводов допускает подмешивание c природным газом (метаном) до 10-20% водорода

«Принимая во внимание климатическую повестку ЕС, в частности недавно принятую водородную стратегию, предусматривающую импорт водорода из соседних стран, компания-оператор, равно как и «Газпром» серьезно прорабатывают вопрос прокачки газоводородной смеси. Тем более у «Северного потока — 2″, в отличие, например, от текущей газопроводной системы Украины, будут для этого технические возможности», — отмечает директор по исследованиям Vygon Consulting Мария Белова

К тому же, добавляет она, поставка водорода позволит поднять вопрос о смягчении условий по действующему ограничению на резервирование 50% мощности «Северного потока — 2».

Происхождение и состав сырья

Природный газ представляет собой углеводородное соединение с примесью различных компонентов. Состав углеводородов отличается в зависимости от места добычи. Химические элементы, которые есть в полезном ископаемом:

  • водород;
  • сероводород;
  • соединения углерода;
  • гелий;
  • азот;
  • этан;
  • метан;
  • пропан;
  • бутан;
  • примеси.

Добываемый газ не имеет запаха и цвета, поэтому определить его наличие в породе возможно только с помощью высокочувствительного оборудования. В болотистых местах, где выделяется газообразное вещество, можно ощутить характерный запах, но это пахнет гниющая органика.

Возникновение природного ископаемого обусловлено появлением углеводородных соединений. Много веков назад микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности образовывали органику, и впоследствии она накапливалась в местах, куда не поступал кислород. Под высоким давлением органические остатки разлагались, а затем их компоненты вступали в реакцию с молекулами водорода. Так возникли первые углеводороды.

Месторождения газообразного сырья различаются по структуре и расположению. Так, ископаемое может образовывать самостоятельные залежи или находиться в верхней части нефтяного месторождения. По состоянию этот вид сырья бывает кристаллическим (при низких температурах), газообразным и жидким. В последнем случае газ растворён в воде или нефти.

Процесс добычи голубого топлива

Предшествующим добыче газа, является процесс геологоразведочных работ. Они позволяют точно определить объем и характер залегания месторождения. В настоящее время применяется несколько методов разведки.

Гравитационный – основывается на вычислении массы горных пород. Для газосодержащих слоев характерна значительно меньшая плотность.

Магнитный – учитывает магнитную проницаемость породы. Посредством проведения аэромагнитной съемки возможно получить полную картину залежей глубиной до 7 км.

Цель данной методики

Сейсмический – используются излучения, отражающиеся при проходе сквозь недра. Это эхо способны уловить специальные измерительные приборы.

Геохимический – изучаются состав подземных вод с определением содержания в них веществ, сопутствующих газовым месторождениям.

Бурение – наиболее эффективный метод, но в то же время самый дорогостоящий из перечисленных. Поэтому до его использования требуется предварительное изучение горных пород.

Способы бурения скважин для добычи природного газа

После того как месторождение определено и оценены предварительные объемы залежей, приступают непосредственно к процессу добычи газа. Производят бурение скважин на глубину размещения яруса полезного ископаемого. Чтобы равномерно распределить давление поднимающегося голубого топлива, скважину выполняют лесенкой либо телескопически (как подзорная труба).

Скважина укрепляется посредством обсадных труб и цементируется. Для равномерного снижения давления и ускорения процесса добычи газа, бурится сразу несколько скважин на одном месторождении. Подъем газа через скважину осуществляется естественным образом – газ перемещается к зоне меньшего давления.

Поскольку после добычи газ содержит различные примеси, следующим этапом является его очистка. Для обеспечения этого процесса вблизи месторождений строят соответствующие промышленные мощности по очистке и переработке газа.

Система очистки природного газа

Добыча с использованием угольных шахт

Угольные пласты содержат большое количество метана, добыча которого не только позволяет получить голубое топливо, но и обеспечить безопасную эксплуатацию предприятий по угледобыче. Подобный способ повсеместно применяется в США.

Основные направления использования и переработки метана

Метод гидроразрыва

При добыче газа данным методом по скважине нагнетается поток воды или воздуха. Таким образом, происходит вытеснение газа.

Этот способ может вызвать сейсмическую неустойчивость разрушенных пород, поэтому он запрещен в некоторых государствах.

Особенности подводной добычи

Добыча газа на Киринском месторождении впервые в России осуществляется с помощью подводного добычного комплекса

Газовые запасы присутствуют, кроме суши, и под водой. В нашей стране обширные подводные месторождения. Подводная добыча выполняется с применением тяжелых гравитационных платформ. Они располагаются на основании, опирающемся на морское дно. Бурение скважин производится колоннами, располагаемыми на основании. На платформах размещаются емкости для хранения извлеченного газа. Далее он транспортируется на сушу через трубопровод.

Данные платформы предусматривают постоянное нахождение людей, выполняющих обслуживание комплекса. Численность может составлять до 100 человек. Эти объекты оборудуются автономным энергоснабжением, площадкой для вертолетов, помещениями персонала.

При расположении залежей вблизи берега, скважины выполняются наклонно. Они начинаются на суше, уходя основанием под шельф моря. Добыча газа и его транспортирование выполняется стандартным порядком.

Распространенность инертных (редких) газов в природе.

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 м3 воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

(β+ — позитрон,  — антинейтрино). В спектре излучения Солн­ца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

238U → 234Th + 4He.

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Важность переработки

Первое, что делают с добытым полезным ископаемым, — очищают от соединений серы и других химических элементов. Затем газ проходит сушку в специальных установках, после чего он готов к транспортировке. Выделенная при первичной очистке сера вступает в соединение с водородом. В результате образуется сероводород, который переправляют к месту дальнейшей переработки и очистки.

Следующий этап очистительных мероприятий осуществляется в газоперерабатывающих и химических комплексах. Главные вопросы, которые приходится решать в процессе плотной очистки газообразного ископаемого, касаются минимизации загрязнения окружающей среды и сокращения расходов энергии на воспроизводство топлива.

Добытый газ целесообразно очищать на месте разработки месторождения ещё и потому, что при транспортировке с примесями происходит быстрый коррозионный износ трубопроводов. Полностью очищенное сырьё транспортируют двумя способами:

  • перевозка танкерами в сжиженном виде — 10%;
  • в газогонах — 90%.

Хранение и транспортировка добытого топлива

Ёмкости для хранения природного газа

После добычи газ размещается в закрытых непроницаемых емкостях – стальных резервуарах, которые, для надежности, имеют сдвоенные стенки. Возможно их изготовление на основе алюминиевых сплавов. Межстеночное пространство заполняется нетеплопроводным материалом, которые препятствует нагреванию газа.

Наиболее масштабными являются подземные хранилища сжиженного газа. Горные породы выступают в роли стенок. Для большей надежности, они бетонируются.

При постройке подобных резервуаров, вырываются глубокие котлованы, которые, после бетонирования стен, закрываются стальным перекрытием.

Транспортировка природного газа осуществляется по магистральным трубопроводам, произведенным из труб большого диаметра. В системе стабильно поддерживается давление до 75 атм. Это обеспечивается компрессорными станциями, располагающимися с определенной периодичностью.

Транспортировка природного газа по морю

По морю транспортировка газа осуществляется с помощью специальных судов-газовозов (танкеров). Для этого газ требуется предварительно подготовить. На борту танкеров размещаются емкости, в которых газ находится в особых температурных условиях под определенным давлением.

Подобная транспортировка экономически целесообразна, если расстояние между потребителем и разработкой месторождения не превышает 3 тыс. км. Она предполагает предварительную постройку завода, сжижающего голубое топливо, и оборудование порта.

Месторождения природного газа

Основная статья: Месторождение природного газа

Глубокое разведочное бурение на нефть и газ в России, по данным Росстата

В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.

Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Норвегию, Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

Газогидраты

Основная статья: Гидраты природного газа

В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие — в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников Московского института нефти и газа А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны.

Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород, а также на небольшой глубине под океаническим дном.

Что такое мономеры и зачем они нужны?

Мономеры – это простые вещества, которые в дальнейшем можно собрать в нужные промышленности сложные полимерные цепочки. К мономерам относятся: этилен, пропилен, бутадиен, бутилены, фенол.

Мономеры получают в процессе пиролиза — под высоким давлением и при высокой температуре в пиролизной печи газы, полученные из природного и попутного газа, и бензины разлагаются на более простые молекулы. После пиролиза полученные мономеры фракционируют на отдельные компоненты и отправляют на полимеризацию.

Кроме того, мономеры можно получить дегидрированием – удалением из сложной химической формулы исходного газа нужного количество водородных групп. Например, если у пропана C3H8 при помощи катализаторов забрать H2, то получим пропилен C3H6.

В процессе полимеризации происходит соединение мономеров в длинные цепочки – полимеры, иначе высокомолекулярные соединения.

Из этилена получают полиэтилен. Из него делают пленки, пластиковые пакеты, стаканчики, синтетические нити, полиэтиленовые трубы, изоляция металлических трубопроводов, кабелей, бытовые товары, упаковка и пр. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности используется при производстве касок, бронепанелей.

Из пропилена получают полипропилен. Из него тоже делают пленки, но эти пленки легко рвутся по месту разрыва, но при этом они более прочные, выдерживают большие нагрузки, если целые. Например, пленка от сигаретных пачек. Из него делают бытовые товары, изоляции, упаковочные материалы (например, БОПП-пленки) и пр.

Полипропилен более легкий по сравнению с полиэтиленом. Более прочный, более твердый, имеет более высокую температуру плавления (у полиэтилена 103-137 по Цельсию, у полипропилена 130-171 по Цельсию). В то же время, на морозе полипропилен становится более хрупким в отличие от полиэтилена.

Из этилена и бензола получают стирол, а потом полистирол. Вспененный полистирол, пенополистирол, или пенопласт, знают многие – он встречается в коробках с техникой и в строительстве. Из полистирола делают баночки для йогуртов, коробки для DVD-дисков, пищевая упаковка, корпусы бытовой техники, телефонов, пластиковые одноразовые стаканчики, тарелки. Полистирол устойчив к ударам, к низким и высоким температурам.

Из этилена получают винилхлорид, а потом поливинилхлорид (ПВХ). Из него делают профили для металло-пластиковых окон, напольные и настенные покрытия, пленки (часто самолипнущие пленки для упаковки продуктов сделаны именно из ПВХ), трубы, упаковки, кожезаменители, пластикаты для кабелей.

Из бутадиена, изопрена, изобутилана делают синтетические каучуки. Используется в резиновой жвачке, обуви, различном оборудовании, из них делают автомобильные шины, кровельные материалы и прочие резинотехнические изделия.

В результате сложной цепочки реакций из этилена получают полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Из него делают пластиковые бутылки и синтетические волокна, такие как полиэфир.

Кроме того, из мономеров получают широкий спектр продуктов органического синтеза:

  • Моноэтиленгликоль (МЭГ). Он входит в состав антифризов и незамерзающих жидкостей.
  • Бутиловые спирты применяются в качестве растворителей, основ для композиций в лакокрасочной промышленности, при производстве смол и пластификаторов.
  • Фенол используют при производстве фенолформальдегидных смол — пластмасс, применяемых, например, при изготовлении древесно-стружечных плит (ДСП) и бильярдных шаров. Кроме того, в результате ряда химических реакций из него получают Ацетилсалициловую кислоту или Аспирин, и используют в ряде других медицинских средств.

Экология

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).

Следующим шагом было внедрение в действие с весны 2004 года негласной альтернативной глобальной программы ускоренного преодоления последствий техноэкологического кризиса. Основой программы стало установление адекватного ценообразования на энергоносители по их топливной калорийности. Цена определяется исходя из стоимости получаемых энергий на конечном потреблении из единицы измерения энергоносителя. С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 68 долларов за баррель). С августа 2007 года была произведена ревальвация соотношения до 0,15 долларов за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 102 доллара за баррель). Финансово-экономический кризис внёс свои коррективы, но указанное соотношение будет восстановлено регуляторами. Отсутствие управляемости на рынке газа задерживает установление адекватного ценообразования. Средняя стоимость газа при указанном соотношении — 648 долларов за 1000 м³.[источник не указан 1116 дней]

Из чего делают газировку?

Обработка воды при производстве газировки

В автоматах и на заводах газировка производиться по одному принципу. Вначале подготавливается вода, а после ее насыщают углекислым газом. Воду берут чистую с природных источников. По необходимости пропускают через фильтры для очистки воды. Ее проверяют на наличие посторонних химических добавок, бактерий и разных примесей. После разливают в цистерны и хранят до начала производства.

Углекислый газ в баллонах

Углекислый газ привозят в баллонах или выделяют на самом заводе с использованием специальной аппаратуры. Тару и этикетки для готовой продукции привозят в уже подготовленном виде и размещают в конвейер на специальные ленты для дальнейшего заполнения. Дополнительно ее могут промыть чистой водой или нанести на поверхность специальный рисунок. Красители и ароматизаторы выбираются только натуральные без дополнительных химических соединений. Для получения сладких вод, к газировке добавляют сироп из фруктозы.

Месторождения и запасы в разных географических областях

Наша страна является обладателем крупнейших месторождений голубого топлива. Далее, следуют США, Казахстан, азиатские государства бывшего СССР – Азербайджан, Узбекистан и державы Персидского Залива. Разработка месторождений осуществляется по всему земному шару. Кроме залежей на суше, активная добыча происходит и в мировом океане.

Месторождение природного газа в России

Уренгой. Это крупнейшее месторождение в России, второе по объему запасов в мире.

Находка. А также располагается в Ямало-Ненецком АО. Его разработка началась в 2004г. Объем залежей в нем оценивается около 275 миллиардов кубов.

Ангаро-Ленское – на территории Иркутской области. Результаты оценки утверждают скопление там до 1,4 триллиона кубов.

Ковыктинское – в этой же области. В связи с тем, что это месторождение расположено в зоне вечной мерзлоты, оно наиболее трудоемко в разработке. Объем залежей составляет около 2 триллионов куб. м газа и до 120 миллионов кубов конденсата в жидком состоянии.

Штокманское. Располагается недалеко от Мурманска. По предварительной оценке, там находится до 3,8 триллиона кубов. Это месторождение еще не взято в разработку по причине глубокого залегания газа.

Монополистом по части разработки газовых месторождений в нашей стране является Газпром. На его долю приходится добыча около 74% всех отечественных запасов и 20% мировых. К задачам Госпрома, кроме непосредственных функций, относится газификация государства.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Она должна быть непроницаемой для воды и газов. Водонепроницаемость должна действовать в обе стороны: жидкость из биореактора не должна загрязнять почву, а подземные воды не должны изменять состояние сбраживаемой массы.
Биореактор должен обладать высокой прочностью. Он должен выдерживать массу полужидкого субстрата, давление газа внутри емкости, действующее снаружи давление грунта

В общем, при строительстве биореактора необходимо уделить особое внимание его прочности.

Удобство обслуживания. Более удобные в использовании цилиндрические емкости — горизонтальные или вертикальные

В них перемешивание можно организовать по всему объему, в них не образуется застойных зон. Прямоугольные емкости проще в реализации при строительстве своими руками, но в них в углах часто образуются трещины, там же застаивается субстрат. Перемешивать его по углам очень проблематично. 

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки ( в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала).  После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Порода животных Объем экскрементов за сутки Исходная влажность
КРС 55 кг 86%
Свинья 4,5 кг 86%
Куры 0,17 кг 75%

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг.  Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5  (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

В некоторых случаях выход газа чрезмерный, тогда его запасают в газгольдерах — для использования в период его недостаточного количества. При грамотной организации процесса газа может быть слишком много, тогда его излишки можно продавать. Еще один источник дохода — перебродившие остатки. Это высокоэффективное и безопасное удобрение — в процессе сбраживания погибает большинство микроорганизмов, семена растений теряют свою всхожесть, яйца паразитов становятся нежизнеспособными. Вывоз на поля таких удобрений положительно влияет на урожайность.

Условия для выработки газа

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

  • Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
  • Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
  • Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации