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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Installations de bioénergie. Technologie du biogaz. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives La fermentation, qui est à la base de la production de biogaz, donne des produits finaux : le méthane CH4 (55 - 65%), dioxyde de carbone CO2 (30 - 35%), hydrogène H2 (3 - 5%), dans une petite quantité de sulfure d'hydrogène et d'ammoniac. Essentiellement, la fermentation combine trois processus biologiques : l'hydrolyse, la fermentation acide et méthanique. La production de biogaz à partir du fumier de paille est d'environ 1 à 1,8 mXNUMX/jour par tête de bétail. Le biogaz a un pouvoir calorifique moyen de 20 à 23 MJm3. Parallèlement au biogaz, la digestion anaérobie des déchets d'élevage et de volaille produit un engrais précieux et respectueux de l'environnement, dépourvu de microflore pathogène, d'œufs d'helminthes, de graines de mauvaises herbes, de nitrites et de nitrates et d'odeurs fécales spécifiques. Le potentiel de production de biogaz à partir des déchets animaux, des élevages de volailles et des entreprises de transformation du complexe agro-industriel est très élevé. Production de biogaz à partir de déchets solides municipaux (MSW) La forte augmentation de la consommation au cours des dernières décennies dans le monde a entraîné une augmentation significative de la production de déchets solides municipaux (DMS). L’une des principales méthodes d’élimination des DSM dans le monde reste l’enfouissement dans le milieu géologique proche de la surface. Dans ces conditions, les déchets subissent une décomposition biochimique intense, qui provoque notamment la génération de gaz de décharge (LFG). Les émissions de SG pénétrant dans l’environnement naturel constituent des effets négatifs de nature à la fois locale et globale. Pour cette raison, dans de nombreux pays développés du monde, des mesures spéciales sont prises pour minimiser les émissions de SG. Cela a en fait conduit à l'émergence d'une branche indépendante de l'industrie mondiale, qui comprend l'extraction et l'utilisation des gaz de décharge. La principale méthode pour résoudre ce problème est la technologie d’extraction et d’utilisation du SG. Pour l'extraction des gaz de décharge dans les décharges, le schéma suivant est utilisé : un réseau de puits de drainage verticaux de gaz est relié par des conduites de gazoduc, dans lesquelles l'unité de compression crée le vide nécessaire au transport du SG jusqu'au lieu d'utilisation (Fig. 5.2). Les installations de collecte et d'élimination sont montées sur un site spécialement aménagé à l'extérieur de la décharge.
Des puits verticaux sont utilisés pour extraire le SG dans les décharges MSW. Habituellement, ils sont répartis uniformément sur le territoire de la benne avec un pas de 50 à 100 m entre les puits adjacents. Leur diamètre varie entre 200 et 600 mm et la profondeur est déterminée par l'épaisseur de la benne et peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. Pour le forage de puits, on utilise à la fois des équipements de forage conventionnels et des équipements spécialisés, qui permettent de construire des puits de grand diamètre. Parallèlement, le choix de tel ou tel équipement est déterminé par des raisons économiques. Chaque puits draine un bloc de déchets solides spécifique, ayant conditionnellement la forme d'un cylindre. La stabilité de l'exploitation du puits peut être assurée si son débit ne dépasse pas le volume du SG nouvellement formé. L'évaluation de la productivité gazière des strates existantes de MSW est réalisée au cours d'études géochimiques préliminaires de gaz sur le terrain. La construction d'un système d'évacuation des gaz peut être réalisée à la fois sur l'ensemble du territoire de la décharge de déchets solides après la fin de son exploitation, et sur des sections individuelles de la décharge en fonction de la séquence de leur chargement. Dans le même temps, il convient de garder à l'esprit que les décharges d'une épaisseur d'au moins 10 m conviennent à l'extraction du SG. Il est également souhaitable que le territoire de la décharge de déchets solides, où est prévue la construction du système de collecte SG, soit récupéré, c'est-à-dire recouvert d'une couche de sol d'au moins 30 à 40 cm. En moyenne, la production de gaz se termine dans une benne dans un délai de 10 à 50 ans, tandis que la production spécifique de gaz est de 120 à 200 mètres cubes. m par tonne de MSW. Une variation significative de la productivité du gaz et de la vitesse du processus est déterminée par les conditions environnementales qui prévalent dans une décharge particulière. Parmi les paramètres contrôlant la bioconversion figurent l'humidité, la température, le pH, la composition des fractions organiques. Production de biogaz à partir des eaux usées (WWW) Depuis plus de 20 ans, les pays d'Europe occidentale participent activement à la solution pratique du problème de l'élimination des déchets des stations d'épuration. L’une des technologies courantes pour l’utilisation des WWS est leur utilisation en agriculture comme engrais. Sa part dans le montant total des WWS varie de 10 % en Grèce à 58 % en France, soit une moyenne de 36,5 %. Malgré la popularisation de ce type d'élimination des déchets, il perd de son attrait car les agriculteurs craignent l'accumulation de substances nocives dans les champs. Actuellement, dans un certain nombre de pays, l'utilisation des déchets dans l'agriculture est interdite, par exemple aux Pays-Bas depuis 1995. L'incinération du traitement des eaux usées arrive en troisième position en termes d'élimination des déchets (10,8 %). Conformément aux prévisions, sa part augmentera à l'avenir jusqu'à 40 %, malgré le coût relativement élevé de cette méthode. L'incinération des boues dans des chaudières résoudra le problème environnemental lié à leur stockage, obtiendra de l'énergie supplémentaire lors de leur combustion et réduira par conséquent le besoin en ressources et investissements en combustibles et en énergie. Il est conseillé d'utiliser des déchets semi-liquides pour produire de l'énergie dans les centrales thermiques en complément des combustibles fossiles, comme le charbon. Il existe deux technologies occidentales les plus courantes pour l’incinération du traitement des eaux usées :
Parmi les méthodes de combustion séparée, l'utilisation de la technologie de la couche liquide est populaire ; les fours avec LCS fonctionnent avec le plus de succès. De telles technologies permettent d'assurer une combustion stable de combustibles à haute teneur en composants minéraux, ainsi que de réduire la teneur en oxydes de soufre des fumées en les liant au calcaire ou aux métaux alcalino-terreux contenus dans les cendres de combustible lors de la combustion. Aspects environnementaux de l'utilisation du traitement des eaux usées La comparaison des compositions chimiques du WWS, du lignite et du lignite brûlés au CHPP montre que les compositions élémentaires du WWS et du lignite diffèrent de manière insignifiante. Le WWS (6,2 % d'humidité) contient moins de carbone de 24,5 % que le houille (12 % d'humidité) et 5 % de moins que le lignite (39 % d'humidité). La proportion de soufre dépasse sa densité dans le charbon de seulement 0,2 % par rapport au charbon et de 0,4 % par rapport au charbon brun. La teneur en azote du WWS est comparable à celle du lignite et est 2 % supérieure à celle du lignite. La comparaison par matière sèche montre que la teneur en carbone dans WS est inférieure de près de 30 %, le soufre et l'azote ne changent presque pas. La composition chimique et les caractéristiques des cendres WWS permettent de les utiliser comme matériau de construction routière (avec un diamètre de particules supérieur à 1 mm), ainsi que comme additif au ciment ou sur les décharges comme filler. Options possibles pour l'élimination des déchets Il existe six options alternatives pour l'élimination des boues d'épuration, basées à la fois sur de nouvelles technologies non traditionnelles développées sur la base de l'expérience russe ou européenne et n'ayant pas d'utilité pratique, et sur des technologies réalisées « clé en main » :
Obtention de biogaz à partir des déchets des élevages de volailles et d'élevages Les ressources renouvelables de biomasse d'origines diverses sont accumulées chaque année en grandes quantités ou sont utilisées de manière inefficace. L'utilisation efficace de la biomasse est possible grâce à l'introduction de technologies et d'équipements appropriés pour la production de combustible sous forme de copeaux de bois, de briquettes, de combustibles gazeux et liquides. Le matériel expérimental accumulé de la revue plaide en faveur d'une large utilisation de la biomasse :
Cependant, certains travaux de recherche sont actuellement en cours sur la combustion directe de la biomasse et sa digestion anaérobie. Obtention de biogaz à partir de déchets forestiers et agricoles Pour maximiser l'utilisation des déchets forestiers et agricoles dans le secteur énergétique, un processus de décomposition a été développé, qui consiste en un chauffage à grande vitesse sans accès à l'oxygène (air) à des températures auxquelles le taux de libération des produits requis est maximum. Il est conçu pour résoudre les problèmes énergétiques et environnementaux. Les paramètres du processus de pyrolyse rapide, la composition et la quantité de produits libérés sont préalablement précisés pour chaque type de matière première. L'installation est développée pour chaque type de matière première. Les températures maximales de traitement sont déterminées par la température d'existence de la substance dans la phase condensée. Le chauffage à grande vitesse de la substance permet : une perte d'énergie minimale pour l'environnement ; la vitesse maximale du processus chimique avec libération de produits en phase gazeuse ; concentration maximale d'humidité et son utilisation. Le taux de chauffage de la substance doit dépasser le taux des processus physico-chimiques se produisant dans la masse traitée. Le rendement en combustible liquide est de 70 % de la masse organique de la matière première. Par exemple, 1 litres de combustible liquide peuvent être obtenus à partir d'une tonne de sciure de bois. Les composants inorganiques et les produits de modification chimique (résidus de type charbon) restent dans la phase solide. La quantité de résidus de type carbone est déterminée par la teneur en lignine et est toujours inférieure à la quantité de résidus obtenue à partir d'autres méthodes de traitement. Pour obtenir le composant principal du carburant liquide, la phase gazeuse est condensée (les produits de faible poids moléculaire formés au cours du processus ne sont pas condensés). La phase gazeuse, après ou sans condensation, peut être envoyée directement à l'incinération. La chaleur de combustion (pouvoir calorifique) du composant principal du carburant est généralement supérieure au pouvoir calorifique du combustible sec de ce type. Ainsi, le pouvoir calorifique du bois est de 4500 5500 kcal/kg, et la chaleur de combustion du combustible liquide est de XNUMX XNUMX kcal/kg. Le carburant liquide peut être utilisé comme carburant dans les moteurs à combustion interne. L'installation est alimentée par l'électricité ou par la combustion de produits transformés ou de matières premières. Avantages du procédé : vitesse élevée, degré élevé de conversion des produits transformés ; petites dimensions de l'unité principale de l'installation ; faible consommation d'énergie par unité de produits transformés ; faible coût de l'énergie obtenue à partir des produits de réaction. Le coût de l'installation d'une capacité de 2 tonnes de matières premières transformées par jour est de 2,5 millions de roubles. Lors du traitement de sciure de bois à partir de 2 tonnes, on obtient 1,4 tonne de combustible liquide. La production annuelle est de 500 tonnes de combustible liquide, au prix de 0,1 USD/litre, le chiffre d'affaires annuel est de 50 3 USD. La période de récupération est de XNUMX ans. Auteur : Magomedov A.M.
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