SUCHÁ FERMENTACE V MALOOBJEMOVÉM

Transkript

1 SUCHÁ FERMENTACE V MALOOBJEMOVÉM FERMENTAČNÍM M REAKTORU Marian Mikulík Žilinská univerzita v Žilině seminář Energetické využití biomasy 2011 Trojanovice

2 Anaerobní fermentace Mikrobiální proces bez přístupu vzduchu = za působení vhodných kultur anaerobních mikroorganismů dochází k rozkladu organických látek = produkce bioplynu. Vyžaduje optimálněřízené 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

3 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

4 Suchá fermentace Obsah sušiny v biomase 20 až 60 % (optimálně 30 až 35 %). - jednostupňový proces, - materiál, který nelze zpracovat jednoduchou cestou. 4/25

5 Experimentáln lní bioplynová stanice Realizace s finanční podporou VEGA MŠ SR a SAV. Projekt č. 1/0258/09 Optimalizace fermentačního reaktoru pro suchou fermentaci. 5/25

6 Zářízení experimentáln lního zapojení Indukční měřič průtoku YOKOGAWA Rozsah: 0 až 0,1767 m 3 /h Průtokový ohřívač JULABO SL 26 6/25

7 Zářízení experimentáln lního zapojení Snímače teploty PT100 Snímače teploty NiCr Rozsah: -200 až 850 C Rozsah: -200 až 1370 C 7/25

8 Zářízení experimentáln lního zapojení Analyzátor plynu URAS 26 (CO, NO, SO 2, CO 2 ) Analyzátor plynu MAGNUS 206 (O 2 ) Analyzátor plynu MULTI-FID14 (CH 4 ) 8/25

9 Zářízení experimentáln lního zapojení plynoměr PREMAGAS BK-G6, 0,06 až 10 m 3 /h, max. přetlak 0,5 bar plynoměr PREMAGAS BK-G6T, 0,06 až 10 m 3 /h, max. přetlak 0,1 bar měřící ústředna ALMEMO základní měřící karta Almemo MM A9 a měřící karta U-A10 (10 univerzálních vstupů) 9/25

10 Zářízení experimentáln lního zapojení Fermentační reaktor: 800 x 800 x 694 mm = objem cca 0,44 m 3. 10/25

11 Zářízení experimentáln lního zapojení 3D model fermentačního reaktoru (konstrukce vodících přepážek). 11/25

12 Plnění fermentačních reaktorů cca 275 kg kukuřičné siláže (oba fermentační reaktory) měrná hmotnost: cca 625 kg m -3 (optimálně 600 až 800 kg m -3 ) 12/25

13 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

14 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) Vodík (H) Dusík (N) Obsah [%] 64,4 1,10 0,03 17,3 2,28 0,29 Metoda gravimetrie gravimetrie elementární analýza s tepelně vodivostním detektorem elementární analýza s tepelně vodivostním elementární analýza detektorem s tepelně vodivostním detektorem elementární analýza s tepelně vodivostním detektorem poměr C : N = cca 59 : 1 14/25

15 Chemická analýza kukuřičné siláže SGÚ D. Štúra, Akreditovaná zkušební laboratoř ve Spišské Nové Vsi Chemický rozbor kukuřičné siláže v bezvodém stavu Parametr Popel (A) Celková síra (S) Uhlík (C) Vodík (H) Dusík (N) Draslík (K) Fosfor (P) Obsah [%] 0,07 0,03 48,5 6,42 0,82 2,12 1,36 Metoda 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 15/25 poměr N : P = cca 0,6 : 1

16 Přidání kejdy hovězího dobytku do fermentačních reaktorů = přidání cca 25 litrů kejdy do obou fermentačních reaktorů 16/25

17 Podmínky v laboratoři oprava poruchy elektroinstalace, instalace jiného zařízení - bioplynovou stanici nebylo možné spustit podle předchozího popisu, 17/25 - fermentační procesy při psychrofilních podmínkách (teploty 15 až 20 C)

18 První odběr vyprodukovaného plynu = fermantační reaktor B (objem 24 litrů) teplota uvnitř reaktoru: cca 19 C 18/25

19 Spuštění vytápění fermentačních reaktorů = snaha o dosáhnutí teploty 37 C uvnitř reaktorů 19/25

20 Analýza plynu z fermentačního reaktoru A (obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od do ) Oxid uhličitý (CO2) [%] ,54 40,34 oxid uhličitý (CO2) 55,47 Fermentační reaktor A kyslík (O2) 79,11 72,42 55,59 54,79 2,58 2,00 0,82 80,93 82,63 84,63 78,89 2,7 5 91,23 91,16 87,91 88,79 87,16 85, ,94 2 1,34 1,01 1 Kyslík (02) [%] 0 0,33 0 0,12 0,21 0,38 0,45 0,55 0, /25 Časové období

21 Analýza plynu z fermentačního reaktoru B (obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od do ) ,07 Fermentační reaktor B 8,83 81,41 97,09 96,33 97,34 92,91 85,44 95,66 96,83 97,87 93,10 90, ,57 8 Oxid uhličitý (CO2) [%] ,41 44,25 53,82 37,18 5,78 54, Kyslík (02) [%] 21/ ,16 1,63 0,61 0,57 0,36 oxid uhličitý (CO2) kyslík (O2) 0,31 0,16 0,21 0,19 0,07 0,01 0,07 0, Časové období 2 0,89 0

22 Teplota uvnitř fermentačního reaktoru A, množstv ství plynu (od do ) 80 Fermentační reaktor A objem plynu teplota substrátu 37 34,7 Objem plynu [dm 3 ] ,6 30,1 31,1 31,8 32,8 29,4 30, ,7 26, , ,4 20,1 19,4 19,2 19, Teplota ve fermentoru [ C] 22/25 Časové období

23 Teplota uvnitř fermentačního reaktoru B, množstv ství plynu (od do ) 80 Fermentační reaktor B objem plynu teplota substrátu Objem plynu [dm 3 ] ,8 33,7 31,5 33, , ,9 27, , ,2 19, ,9 20,1 20,3 19,3 19, Teplota ve fermentoru [ C] 23/25 Časové období

24 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

25 Děkuji za pozornost... doc. Ing. Marian Mikulík, PhD. Katedra energetickej techniky Strojnícka fakulta Žilinská univerzita v Žiline Univerzitná Žilina PROJEKT SPOLUFINANCOVANÝ EURÓPSKOU ÚNIOU tel.: fax: marian.mikulik@fstroj.uniza.sk Európsky fond regionálneho rozvoja (ERDF)