SUCHÁ FERMENTACE V MALOOBJEMOVÉM
FERMENTAČNÍM REAKTORU
Marian Mikulík
Žilinská univerzita v Žilině
seminář
Energetické využití biomasy 2011
Trojanovice 18. – 19. 5. 2011
Anaerobní fermentace
Mikrobiální proces bez přístupu vzduchu = za působení vhodných kultur
anaerobních mikroorganismů dochází k rozkladu organických látek =
produkce bioplynu.
Vyžaduje optimálně řízené podmínky: obsah sušiny, reakční teplota
a pH - faktor (poměr C : N).
Podle reakční teploty:
- psychrofilní podmínky (teplota 15 až 20 °C),
- mezofilní podmínky (teplota 35 až 40 °C),
- termofilní podmínky (teplota 55 °C).
Optimální poměr C : N = 20 až 35 (40) : 1
2/25
Mokrá fermentace
Obsah sušiny v biomase pod 12 % (optimálně 8 až 10 %).
- kontinuální průběh,
- používá se nejčastěji,
Vyžaduje:
- homogenizační nádrž,
- fermentační reaktor,
- výstupní nádrž.
3/25
Suchá fermentace
Obsah sušiny v biomase 20 až 60 % (optimálně 30 až 35 %).
- jednostupňový proces,
- materiál, který nelze zpracovat jednoduchou cestou.
4/25
Experimentální bioplynová stanice
Realizace s finanční podporou VEGA MŠ SR a SAV. Projekt č. 1/0258/09
„Optimalizace fermentačního reaktoru pro suchou fermentaci“.
5/25
Zářízení experimentálního zapojení
Indukční měřič průtoku YOKOGAWA
Rozsah: 0 až 0,1767 m3/h
6/25
Průtokový ohřívač
JULABO SL 26
Zářízení experimentálního zapojení
7/25
Snímače teploty PT100
Snímače teploty NiCr
Rozsah: -200 až 850 °C
Rozsah: -200 až 1370 °C
Zářízení experimentálního zapojení
Analyzátor plynu URAS 26
(CO, NO, SO2, CO2)
Analyzátor plynu MAGNUS 206
(O2)
Analyzátor plynu MULTI-FID14
(CH4)
8/25
Zářízení experimentálního zapojení
plynoměr PREMAGAS BK-G6,
0,06 až 10 m3/h, max. přetlak 0,5 bar
plynoměr PREMAGAS BK-G6T,
0,06 až 10 m3/h, max. přetlak 0,1 bar
9/25
měřící ústředna ALMEMO 5690-1
základní měřící karta Almemo
MM A9 a měřící karta U-A10
(10 univerzálních vstupů)
Zářízení experimentálního zapojení
Fermentační reaktor: 800 x 800 x 694 mm = objem cca 0,44 m3.
10/25
Zářízení experimentálního zapojení
3D model fermentačního reaktoru (konstrukce vodících přepážek).
11/25
Plnění fermentačních reaktorů
31. 3. 2011 cca 275 kg kukuřičné siláže (oba fermentační reaktory)
měrná hmotnost: cca 625 kg·m-3 (optimálně 600 až 800 kg·m-3)
12/25
Obsah sušiny v kukuřičné siláži
Sušící váha RADWAG WPS 50 SX
hmotnost vzorku před sušením: 9,501 g
hmotnost vzorku po sušení (po uplynutí 45:40 minut): 3,251 g
obsah vlhkosti: 65,79 %
obsah sušiny: 34,21 %
13/25
Chemická analýza kukuřičné siláže
SGÚ D. Štúra, Akreditovaná zkušební laboratoř ve Spišské Nové Vsi
Chemický rozbor kukuřičné siláže v původním stavu (s obsahem vody)
Parametr
Celková voda
(W)
Popel (A)
Celková síra
(S)
Uhlík (C)
Obsah [%]
Metoda
64,4
gravimetrie
1,10
gravimetrie
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza
s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
0,03
17,3
Vodík (H)
2,28
Dusík (N)
0,29
poměr C : N = cca 59 : 1
14/25
Chemická analýza kukuřičné siláže
SGÚ D. Štúra, Akreditovaná zkušební laboratoř ve Spišské Nové Vsi
Chemický rozbor kukuřičné siláže v bezvodém stavu
Parametr
15/25
Obsah [%]
Metoda
Popel (A)
Celková síra
(S)
Uhlík (C)
0,07
Vodík (H)
6,42
Dusík (N)
0,82
Draslík (K)
2,12
Fosfor (P)
1,36
gravimetrie
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
elementární analýza s tepelně vodivostním
detektorem
atomová emisní spektrometrie s indukčně
vázanou plazmou
atomová emisní spektrometrie s indukčně
vázanou plazmou
0,03
48,5
poměr N : P = cca 0,6 : 1
Přidání kejdy hovězího dobytku do fermentačních reaktorů
6. 4. 2011 = přidání cca 25 litrů kejdy do obou fermentačních reaktorů
16/25
Podmínky v laboratoři
oprava poruchy elektroinstalace, instalace jiného zařízení
- bioplynovou stanici nebylo možné spustit podle předchozího popisu,
- fermentační procesy při psychrofilních podmínkách (teploty 15 až 20 °C)
17/25
První odběr vyprodukovaného plynu
11. 4. 2011 = fermantační reaktor B (objem 24 litrů)
teplota uvnitř reaktoru: cca 19 °C
18/25
Spuštění vytápění fermentačních reaktorů
3. 5. 2011 = snaha o dosáhnutí teploty 37 °C uvnit ř reaktorů
19/25
Analýza plynu z fermentačního reaktoru A
(obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od 15. 4. do 15. 5. 2011)
Fermentační reaktor A
100
5
87,91
kyslík (O2)
80,93 84,63
79,11
80
Oxid uhličitý (CO2 ) [%]
3,54
55,59
87,16 85,18
82,63
72,42
60
3
2,7
1,94
2,00
2
1,34
1,01
0,82
20
1
0,12
0
0,33
0
15.4
20/25
4
78,89
40,34
40
88,79
54,79
2,58
55,47
91,16
19.4
23.4
27.4
1.5
Časové období
5.5
0,21
0,38 0,45
9.5
0,55
0,39
0
13.5
Kyslík (02 ) [%]
oxid uhličitý (CO2)
91,23
Analýza plynu z fermentačního reaktoru B
(obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od 11. 4. do 15. 5. 2011)
Fermentační reaktor B
97,09
100
97,34
96,33
92,91
8,83
85,44
81,41
93,10 95,66
96,83 97,87
90,80
80
10
95,57
8
5,78
60
6
54,79
53,82
40
44,25
4
37,18
29,41
20
2
1,63
2,16
oxid uhličitý (CO2)
kyslík (O2)
0
11.4
21/25
15.4
19.4
23.4
27.4
0,31 0,16
0,07
1.5
Časové období
5.5
0,61
0,21 0,19
0,07
0,01
9.5
0,57 0,36
0,21
13.5
0,89
0
Kyslík (02 ) [%]
Oxid uhličitý (CO2 ) [%]
7,07
Teplota uvnitř fermentačního reaktoru A, množství plynu
(od 15. 4. do 15. 5. 2011)
Fermentační reaktor A
80
40
objem plynu
teplota substrátu
70
37
34
32,6
31,1
3
Objem plynu [dm ]
60
30,1
50
31,8
29,4
32,8
31
30,8
43
40
28
30
30
24,7
30
23
18
20
10
19,2
19,6
22
20
20,1
16
15
13
19
9
0
16
15.4
22/25
25
24
20
13
20,4
19,4
27
20,3
16
14
26,9
19.4
23.4
27.4
1.5
Časové období
5.5
9.5
13.5
Teplota ve fermentoru [°C]
34,7
Teplota uvnitř fermentačního reaktoru B, množství plynu
(od 11. 4. do 15. 5. 2011)
Fermentační reaktor B
80
40
objem plynu
72
teplota substrátu
70
37
46
44
27,5
24
24
22
22
52
32
43
41
41
37
19,2
19,4
19,9
19
10
28
25
25,0
25
22
20
31
30,9
42
40
34
22
20,1
20,3
19
19,7
19,3
7
0
16
11.4
15.4
19.4
23.4
27.4
1.5
Časové období
23/25
5.5
9.5
13.5
Teplota ve fermentoru [°C]
50
30,0
35
33,5
3
Objem plynu [dm ]
31,5
30
33,7
32,8
60
Závěr
- v obou fermentačních reaktorech podobný průběh,
- produkce metanu (zatím) velmi nízká,
- počáteční podmínky: možnost vzniku plísní = zastavení fermentačního
procesu,
- spuštění fermentačního procesu není jednoduché,
- nutnost znát chemické složení zpracovávaného materiálu,
- dodání vhodného očkovadla pro spuštění procesu fermentace.
24/25
Děkuji za pozornost...
doc. Ing. Marian Mikulík, PhD.
Katedra energetickej techniky
Strojnícka fakulta
Žilinská univerzita v Žiline
Univerzitná 1
010 26 Žilina
PROJEKT SPOLUFINANCOVANÝ
EURÓPSKOU ÚNIOU
Európsky fond regionálneho
rozvoja (ERDF)
tel.: 041 513 2880
fax: 041 52 525 41
e-mail: [email protected]
www.biomasa-info.sk
Download

1,5 MB - biomasa