ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА БИОГАЗА С ЦЕЛЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА

На современном этапе развития науки и техники двигатели внутреннего сгорания (ДВС) остаются основным видом источника энергии для большинства мобильных и стационарных установок. На их долю приходится порядка 80% всей вырабатываемой в мире механической энергии. Известно, что ДВС являются одними из основных потребителей моторных нефтяных топлив, которые относят к невозобновляемым ресурсам. Учитывая тенденции увеличения потребления нефтепродуктов при сокращении запасов нефти на Земле, особо остро проявляется проблема повышения топливной экономичности.

В то же время, биогаз – одно из перспективных альтернативных топлив [4]. Биогаз – общее название горючей газовой смеси, возникающей при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения). Его основные компоненты: метан (СН4) – 55-70% и углекислый газ (СО2) – 30-45%, а также в очень малых количествах, около 1%, другие газы, чаще всего – водород (H2) и сероводород (Н2S), удаляемый в биогазовой станции как нежелательный. Средняя теплота сгорания биогаза, содержащего около 60% метана СН4, равна 22 МДж/м3. Учитывая, что горючая часть

биогаза состоит из метана СН4 (температура воспламенения метана около 645°С), его причисляют к семейству природных газов.

Полученный на биогазовых установках биогаз, может быть использован в качестве моторного топлива транспорта, для питания двигателей внутреннего сгорания стационарных установок различного назначения, обогрева зданий и сооружений, в качестве бытового газа. При этом на биогаз могут быть конвертированы как бензиновые двигатели с принудительным воспламенением рабочей смеси, так и дизельные двигатели. Однако сжигание биогазового топлива в дизельных двигателях при высоких степенях сжатия и повышенных коэффициентах избытка воздуха более эффективно, чем в двигателях с принудительным воспламенением.

В ВятГУ ведутся работы по использованию альтернативных топлив на транспорте. С этой целью, в сотрудничестве с ООО «СельхозБиоГаз», г. Киров, были проведены исследования состава биогаза.

Компания «СельхозБиоГаз» занимается разработкой и производством оборудования для переработки органического сырья и отходов предприятий. Эффективные технологии переработки отходов применимы для ферм КРС, птицефабрик, свиноферм, очистных сооружений, овощебаз, спиртзаводов, сахароперерабатывающих заводов. В ходе работы оборудования, подготовленные отходы преобразуются в биогаз и биологические удобрения.

В основе биогазовой технологии лежит процесс биохимической и термической обработки предварительно подготовленных отходов в бескислородной среде под влиянием определенных видов бактерий. Органические соединения (белки, жиры, углеводы), которые присутствуют в биомассе, начинают распадаться на простейшие органические соединения (аминокислоты, сахара, жирные кислоты) под действием гидролитических ферментов.

В результате использования биогазовой технологии получается биогаз, содержащий до 70% метана и жидкий эффлюент.

Биогаз можно использовать для получения тепловой или электрической энергии. Путем удаления двуокиси углерода СО2 и прочих примесей, биогаз можно преобразовать в биометан и использовать в качестве моторного топлива.

Эффлюент применяется в качестве органического удобрения, при необходимости с помощью сепаратора делится на твердую и жидкую фракции.

Внешний вид экспериментального биогазового реактора производства ООО «СельхозБиоГаз», используемого в ПСПК «Истобенский» (с. Истобенск Оричевского района Кировской области) представлен на рисунке 1.

Компонентный состав биогаза определяется по ГОСТ 14920-79 «Газ сухой. Метод определения компонентного состава». Сущность метода заключается в газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии газа с использованием детектора по теплопроводности. Углеводороды С1 – С5, двуокись углерода CO2 и сероводород H2S разделяют методом газожидкостной хроматографии. Неуглеводородные компоненты (водород H2, кислород O2, азот N2, окись углерода CO) и метан CH4  разделяют методом газоадсорбционной хроматографии.

Примерный состав биогаза после системы очистки, входящей в комплекс перерабатывающего оборудования, представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Компонентный состав биогаза

Таблица 2 – Характеристика биогаза по ГОСТ 22667-82.

Выводы:

1.   Компонентный состав исследуемого газа удовлетворяет средним показателям биогаза, указанным в различных источниках.

2. Возможно применение биогаза в качестве добавки к моторному топливу.

3. Окончательные результаты могут быть сделаны на основе стендовых испытаний.

Список литературы

1. Плотников С. А., Бузиков Ш. В., Карташевич А. Н., Зубакин А. С. Определение количественных характеристик двигателя бытовой электростанции при использовании генераторного газа в качестве альтернативного топлива // Проблемы региональной энергетики. 2017. № 2 (34). С. 105-111.

2. Плотников С. А., Черемисинов П. Н., Карташевич А. Н., Бирюков А. Л. Исследование работы автотракторного дизеля 4ЧН 11,0/12,5 на смесях дизельного топлива с рапсовым маслом // Молочнохозяйственный вестник. 2017. № 1 (25). С. 110-118.

3.   Система питания двигателя внутреннего сгорания генераторным газом. С.А. Плотников и др. // Патент на изобретение RU 2605870 от 11.09.2015.

4.   Sridhar, G., Paul, P.J, Mukunda, H.S., Biomass derived producer gas as a reciprocating engine fuel-an experimental analysis, Biomass and Bioenergy, 21,61-72, 2001

5.   https://shbiogaz.ru (дата обращения 19.11.2018).