SUCHÁ FERMENTACE V MALOOBJEMOVÉM FERMENTAČNÍM M 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 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
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
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
Zářízení experimentáln lního zapojení Indukční měřič průtoku YOKOGAWA Rozsah: 0 až 0,1767 m 3 /h Průtokový ohřívač JULABO SL 26 6/25
Zářízení experimentáln lního zapojení Snímače teploty PT100 Snímače teploty NiCr Rozsah: -200 až 850 C Rozsah: -200 až 1370 C 7/25
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
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 5690-1 základní měřící karta Almemo MM A9 a měřící karta U-A10 (10 univerzálních vstupů) 9/25
Zářízení experimentáln lního zapojení Fermentační reaktor: 800 x 800 x 694 mm = objem cca 0,44 m 3. 10/25
Zářízení experimentáln lního 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) 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
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
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, 17/25 - fermentační procesy při psychrofilních podmínkách (teploty 15 až 20 C)
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 uvnitř reaktorů 19/25
Analýza plynu z fermentačního reaktoru A (obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od 15. 4. do 15. 5. 2011) Oxid uhličitý (CO2) [%] 100 80 60 40 20 3,54 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 85,18 4 3 1,94 2 1,34 1,01 1 Kyslík (02) [%] 0 0,33 0 0,12 0,21 0,38 0,45 0,55 0,39 0 15.4 19.4 23.4 27.4 1.5 5.5 9.5 13.5 20/25 Časové období
Analýza plynu z fermentačního reaktoru B (obsah kyslíku a oxidu uhličitého v plynu od 11. 4. do 15. 5. 2011) 100 80 7,07 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 90,80 10 95,57 8 Oxid uhličitý (CO2) [%] 60 40 29,41 44,25 53,82 37,18 5,78 54,79 6 4 Kyslík (02) [%] 21/25 20 0 2,16 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 0,21 11.4 15.4 19.4 23.4 27.4 1.5 5.5 9.5 13.5 Časové období 2 0,89 0
Teplota uvnitř fermentačního reaktoru A, množstv ství plynu (od 15. 4. do 15. 5. 2011) 80 Fermentační reaktor A 40 70 objem plynu teplota substrátu 37 34,7 Objem plynu [dm 3 ] 60 50 40 30 20 10 0 32,6 30,1 31,1 31,8 32,8 29,4 30,8 43 30 24,7 26,9 30 27 23 18 20 14 16 20,3 13 20 16 15 13 20,4 20,1 19,4 19,2 19,6 9 15.4 19.4 23.4 27.4 1.5 5.5 9.5 13.5 34 31 28 25 24 22 19 16 Teplota ve fermentoru [ C] 22/25 Časové období
Teplota uvnitř fermentačního reaktoru B, množstv ství plynu (od 11. 4. do 15. 5. 2011) 80 Fermentační reaktor B 40 70 objem plynu teplota substrátu 72 37 Objem plynu [dm 3 ] 60 50 40 30 20 10 0 32,8 33,7 31,5 33,5 52 46 30,0 32 44 30,9 27,5 42 41 43 41 37 24 24 22 22 25,0 22 19,2 19,4 19 19,9 20,1 20,3 19,3 19,7 7 11.4 15.4 19.4 23.4 27.4 1.5 5.5 9.5 13.5 35 34 31 28 25 25 22 19 16 Teplota ve fermentoru [ C] 23/25 Časové období
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 tel.: 041 513 2880 fax: 041 52 525 41 e-mail: marian.mikulik@fstroj.uniza.sk www.biomasa-info.sk Európsky fond regionálneho rozvoja (ERDF)