Как считают выход биогаза по составу сырья

Выход биогаза считается по составу сырья, а не по объёму реактора. Реактор задаёт, сколько субстрата одновременно находится в сбраживании и сколько времени он там проведёт, но количество газа определяет органика, которая в этот субстрат попала. Две установки одинакового объёма на разном сырье дают разный суточный выход, и расхождение здесь измеряется не процентами, а разами.

Это видно на реализованных проектах партнёра. Площадка на 400 т/сут пищевых отходов и 40 т/сут отработанного масла даёт 30 000 м³ биогаза в сутки. Площадка на 900 т/сут пищевых и 600 т/сут кухонных отходов — 14 880 м³/сут при вчетверо большем тоннаже. Третий проект, 150 т/сут пищевых, 350 т/сут кухонных отходов и 30 т/сут отработанного масла, снова выходит на 30 000 м³/сут. Тоннаж на входе не предсказывает выход; его предсказывает состав.

Ниже разобрано, по каким показателям считается выход, в каком порядке ведётся расчёт, что его искажает и какие данные нужно собрать до проектирования установки.

Показатели сырья, от которых зависит выход

• Сухое вещество. Доля того, что останется после удаления воды. Вода газа не даёт, но занимает объём реактора и требует подогрева, поэтому сырьё с низким содержанием сухого вещества удорожает установку в пересчёте на кубометр газа.
• Органическое сухое вещество. Часть сухого вещества, которая сгорает при прокаливании, то есть собственно органика. Минеральный остаток — песок, земля, зола — в сбраживании не участвует и оседает в реакторе. Именно к органическому сухому веществу привязывается удельный выход.
• Состав органики. При одинаковой массе органики жиры дают заметно больше метана, чем белки, а белки — больше, чем углеводы. Поэтому отработанное растительное масло и жиросодержащие потоки работают как добавка, поднимающая выход всей смеси.
• Степень разложимости. Лигнин и грубая клетчатка в соломе и растительных остатках разлагаются медленно и частично. Формально органика есть, фактически за время удержания в реакторе в газ переходит не вся.
• Примеси и балласт. Песок, упаковка, кости, стекло. Снижают долю полезной органики и одновременно создают износ и осадок.
• Ингибиторы. Высокая концентрация аммиака, сера, дезинфицирующие и моющие средства, остатки ветеринарных препаратов. Их наличие меняет не столько теоретический выход, сколько реально достижимый.
• Сезонность и стабильность поставок. Если состав потока меняется в течение года, расчёт ведётся по нескольким режимам, а не по усреднённой пробе.

Порядок расчёта

1. Массовый поток. Тонны сырья в сутки по каждому виду отдельно, а не суммарно.
2. Сухое вещество. Доля сухого вещества в каждом потоке — по лабораторному анализу пробы.
3. Органическое сухое вещество. Доля органики в сухом веществе, остальное идёт в минеральный остаток.
4. Удельный выход. Объём биогаза и метана на тонну органического сухого вещества по каждому виду сырья.
5. Поправка на реальную степень разложения. За заданное время удержания органика перерабатывается не полностью; поправка берётся по типу сырья и режиму сбраживания.
6. Суточный выход биогаза. Сумма по всем потокам с учётом доли каждого в смеси.
7. Содержание метана. В биогазе прямого использования оно составляет 55–70 % — от этой доли зависит теплота сгорания и мощность на когенерации.
8. Энергия и продукт. Электрическая и тепловая мощность при сжигании в когенерации либо объём биометана после очистки.

Расчёт ведётся по каждому виду сырья и только затем суммируется. Усреднение «всего органических отходов столько-то тонн» на первом шаге обнуляет смысл всей процедуры: именно разница между потоками и определяет итог.

Что смотрят в разных группах сырья

Почему смесь считают отдельно от слагаемых

Совместное сбраживание нескольких видов сырья — обычная схема, и выход смеси не равен простой сумме выходов по отдельности. Смесь подбирается так, чтобы соотношение углерода и азота держалось в рабочем диапазоне, чтобы кислотность не уходила за пределы устойчивости, а содержание сухого вещества соответствовало выбранному типу реактора. Жиросодержащая добавка поднимает выход, но её доля ограничена: при превышении процесс закисает и выход падает вместо роста.

Поэтому в расчёте фиксируется не только суммарный объём, но и рецептура загрузки: сколько какого потока идёт в сутки и что делать при сезонном выпадении одного из них. Подача смеси считается вместе с узлом дозирования — равномерность загрузки влияет на стабильность выхода не меньше, чем сам состав.

Что меняет режим сбраживания

• Температурный режим. Мезофильный режим устойчивее к колебаниям состава и проще в эксплуатации, термофильный ускоряет разложение и сокращает время удержания, но требовательнее к стабильности загрузки и к подогреву.
• Время удержания. Чем дольше субстрат находится в реакторе, тем полнее разлагается органика. Увеличение времени удержания поднимает выход, но требует большего объёма реактора на тот же суточный тоннаж.
• Предобработка. Измельчение, гидролиз, тепловая обработка повышают доступность органики. Для грубого растительного сырья это разница между расчётным и фактическим выходом.
• Перемешивание и подогрев. Определяют, работает ли весь объём реактора или часть субстрата проходит транзитом без полного разложения.

Что искажает расчёт

1. Проба не представляет поток. Одна проба, взятая в удачный день, не описывает сырьё с сезонными колебаниями влажности и состава.
2. Влажность занижена. Разбавление смывной водой на ферме или на мойке меняет содержание сухого вещества на десятки процентов относительно справочных значений.
3. Балласт не учтён. Песок и минеральные включения проходят в расчёте как органика, а в реакторе оседают и уменьшают рабочий объём.
4. Взят теоретический предел. Лабораторный потенциал выхода метана достигается при полном разложении, которого в промышленном реакторе за заданное время удержания не происходит.
5. Не учтён собственный расход. Часть газа и тепла уходит на подогрев реактора — особенно заметно в холодный период и на сырье с высокой влажностью.
6. Не посчитан дигестат. Остаток после сбраживания перерабатывается в твёрдое и жидкое удобрение, но его объём, хранение и вывоз закладываются в проект сразу, иначе экономика расчёта расходится с эксплуатацией.

Какие данные нужны для расчёта

1. Виды сырья и объём каждого в тоннах в сутки, с разбивкой по сезонам.
2. Лабораторный анализ проб — влажность, сухое вещество, зольность, кислотность, азот.
3. Сведения о примесях, упаковке и минеральных включениях в потоке.
4. Применяемые на площадке моющие и дезинфицирующие средства, если сырьё идёт с пищевого производства или фермы.
5. Куда пойдёт газ — когенерация, котёл или очистка до биометана.
6. Куда пойдёт дигестат, какие площади под хранение доступны.
7. Площадка, подведённые мощности, требования надзора по выбросам и сбросам.

Частые вопросы

Можно ли оценить выход по справочным значениям без анализа? Для предварительной оценки — да, но проектные решения на справочных числах не принимаются: разброс по влажности и зольности внутри одного вида сырья больше, чем разница между видами.

Подойдёт ли биогаз для нашего сырья? Партнёр работает более чем с тридцатью видами органических отходов — от птичьего помёта и соломы до барды, жома и пищевых отходов. Вопрос обычно не в пригодности, а в выходе и в том, какая подготовка потребуется.

Почему при большем тоннаже выход может быть меньше? Потому что при высокой влажности и большой доле минерального балласта через реактор проходит много воды и мало органики. Это и показывают цифры по реализованным проектам в начале материала.

Что даёт добавление отработанного масла? Жировая фракция поднимает удельный выход смеси. Доля ограничена устойчивостью процесса и определяется расчётом, а не наличием масла на площадке.

Насколько расчёт сходится с фактом после пуска? Сходимость определяется качеством исходных данных. Основные расхождения дают непредставительная проба, неучтённый балласт и собственный расход тепла на подогрев.

Что считается раньше — реактор или выход? Выход. Объём реактора, мощность когенерации и ёмкость газгольдера следуют из суточного выхода и режима, а не наоборот.

Что мы поставляем

По направлению газоочистки и биогазовых установок поставляем оборудование под состав конкретного сырья — от узлов подготовки и дозирования до реакторов, газгольдеров, систем очистки газа и линий получения биометана. Расчёт показывается до контракта: выход считается от субстрата, а экономика собирается из замещённой энергии, платы за размещение отходов и стоимости обслуживания.

На нас подбор и поставка оборудования, проектирование и внедрение, логистика и таможенное оформление и сервис. Смежные материалы — в разделах «Газоочистка и биогаз» и «Переработка отходов» блога «Экология», близкие решения по переработке органики — на странице направления экологии и переработки.

Пришлите виды и объёмы сырья с результатами анализа проб на sale@tkasiatorg.ru — посчитаем выход газа, подберём схему установки и покажем расчёт до контракта.