Получение альтернативной энергии при анаэробной деструкции органических отходов

ВВЕДЕНИЕ 4
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 9
Глава 1 Анализ технологий получения альтернативной энергии при анаэробной деструкции органических отходов 10
1.1 Актуальные проблемы в области методов и технологий деструкции органической фракции ТКО и рациональное использование ресурсов 10
1.2 Основы биогазовой технологии 14
1.3 Анаэробное сбраживание. Этапы процесса возникновения биогаза 16
1.4 Одно- и многоступенчатые процессы получения биогаза в биореакторных установках 20
1.5 Количественный и качественный состав биогаза 22
1.6 Сырье для генерации биогаза 22
1.7 Биогаз в сравнении с другими газами 23
1.8 Благоприятная среда для образования бактерий 24
1.9 Анаэробный пиролиз отходов 31
1.9.1 Быстрый пиролиз органических отходов 34
1.9.2 Продукты быстрого пиролиза органических отходов 35
1.10 Использование продуктов пиролиза и анаэробного сбраживания 37
1.11 Литературно-патентный поиск по конструктивным особенностям биогазового оборудования для анаэробного сбраживания органических отходов 47
1.12 Биогазовая установка горизонтального типа 48
1.13 Биогазовая установка вертикального типа 52
Глава 2 Предложение конструкторско-технологических решений по интенсификации процессов анаэробной деструкции органических отходов 58
2.1 Интеграция процессов анаэробной деструкции органических отходов для получения альтернативной энергии 58
2.2 Проектирование комплексного оборудования для анаэробной деструкции органических отходов 63
2.2.1 Требуемые параметры к основным узлам разрабатываемого оборудования 63
2.2.2 Назначение и устройство основных узлов секции процесса анаэробного сбраживания 64
2.2.3 Принцип работы основных узлов секции процесса анаэробного сбраживания 70
2.2.4 Серийное оборудование и компоненты комплексного оборудования для анаэробной деструкции органических отходов 71
2.2.5 Подбор консорциума микроорганизмов для анаэробного сбраживания органических коммунально-бытовых отходов 79
Глава 3 Проведение технико-экономической оценки рыночного потенциала при внедрении комплексной технологии анаэробной деструкции органических отходов 84
3.1 Расчет капитальных вложений (инвестиций) 86
3.2 Расчет годовой производственной мощности 87
3.3 Организация труда рабочих 88
3.4 Организация управления производством 91
3.5 Расчет себестоимости производимой продукции 92
3.6 Расчет экономической эффективности проекта 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 99
Купить

Экологические преимущества от использования биомассы в сочетании с ценами и запасами нефти, а также политической нестабильностью, которая характерна для многих нефтедобывающих стран, сделали биомассу неотъемлемой частью первичных источников энергии.
По данным Организация Объединённых Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) — Россия, только по объемам растительного возобновимого энергосырья (включая сельскохозяйственные и органическую фракцию ТКО), занимает одно из первых мест в мире по энергоемкости, но по уровню их использования - одно из последних.
Био и пиролизный газ получаемые путем анаэробного сбраживания, и термохимической деструкции органического сырья - это два основных вектора энергии, которые генерируют тепло- и электроэнергию за счет их использования в когенерационных системах.
Ведущие биогазовые державы в связи с быстро истощающимися запасами невозобновляемых энергоносителей во главу угла, при переработке органических отходов, ставят получение наибольшего объема газа, но стоит отметить, что ежегодное количество органических отходов, захороненных в России, составляет около 20 миллионов тонн и это составляет порядка 40% от количества органических удобрений, используемых в сельском хозяйстве.
Актуальность проблемы по утилизации и рециклингу ТКО с получением альтернативных энергоносителей, вызвана целым рядом причин, к которым относятся:
• постоянный рост тарифов на энергоносители и вывоз отходов;
• антропогенное воздействие на окружающую среду и здоровье населения, связанное с выбросами в воздушную атмосферу продуктов разложения отходов, загрязнением водных бассейнов;
• потери, связанные с упущенными возможностями получения энергоресурсов, содержащихся в отходах, на фоне стремительно сокращающихся не возобновляемых природных ископаемых;
• постоянно увеличивающееся отчуждение земель под захоронение отходов и дальнейшая их непригодность для сельскохозяйственных нужд;
• образование санкционированных и несанкционированных свалок, нарушающих экологические и санитарные нормы;
• труднодоступности, в некоторых случаях, получения магистрального природного газа, централизованного электроснабжения и других видов энергии. Все эти проблемы обуславливают необходимость развития нетрадиционных подходов в методах переработки продуктов жизнедеятельности человека и получении доступной энергии.
Производство биометана в процессах анаэробного сбраживания является самодостаточной технологией, однако для более полного использования различных фракций органических отходов, в первую очередь постоянно растущих объемов упаковки (бумаги, картона, пластика), преодоления задержек и нестабильности переработки, в целях повышения производительности процесса и конечного выхода метана, а также получения высокоэнергетического вторичного продукты требуется применение комбинированных технологий.
Цель исследования: эффективная утилизация отходов жизнедеятельности человека с получением альтернативной энергии и вторичных продуктов с высокой энергетической плотностью.
Задачи, решаемые в рамках поставленной цели:
1. Провести анализ существующих методов и технологий по утилизации органических отходов с получением вторичного продукта.
2. Провести анализ условий, факторов и этапов получения альтернативной энергии при анаэробной деструкции органических отходов.
3. Провести патентный поиск в области оборудования и компонентов для анаэробной деструкции органических отходов.
4. Спроектировать технологическую схему и узлы комплексного оборудования для утилизации органических отходов анаэробным методами.
5. Провести расчет технико-экономической оценки рыночного потенциала при внедрении комплексной технологии анаэробной деструкции органических отходов.
Объектами исследования работы выступают:
Методы, оборудование и технологические процессы, применяемые в настоящее время для анаэробной деструкции органических отходов, в индивидуальном частном или сельском хозяйстве, а также в небольших муниципальных образованиях.
Предметом исследования:
Концептуальные, технологические и конструкторские решения по повышению эффективности анаэробных методов и технологий утилизации органических отходов, с интенсификацией выработки высокоэнергетических вторичных продуктов.
Теоретической и методологической основой исследования являются научные исследования отечественных и зарубежных ученых в области биотехнологии, химической технологии и ресурсосбережения.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Предложена оригинальная концептуальная схема интеграции технологических процессов анаэробной деструкции органических отходов методами сбраживания и термохимической переработки.
2. Спроектирована оригинальная конструктивная схема секции анаэробного сбраживания жидкой фракции органических отходов, работающая по замкнутому циклу, с использованием оборотной канализационной воды.
3. Спроектирована оригинальная конструкция реактора секции анаэробного сбраживания жидкой фракции органических отходов.
Практическая значимость исследования:
В ходе проведения исследования предложен инновационный способ интеграции технологий анаэробной деструкции органических отходов на основе их сбраживания и термохимического разложения. Отличительной особенностью является принцип взаимного использования энергетических потоков представленных технологий, что содействует максимальной производительности при биодеградации трудно разлагаемых лигноцеллюлозных биомасс.
Предложенные конструкторские решения, с проработкой отдельных узлов и агрегатов, позволяют автоматизировать процесс анаэробной переработки отходов и использовать оборотную воду (канализационные стоки) для движения сбраживаемой биомассы по технологической замкнутой цепи.
В ходе работы над проектом комплексной технологии анаэробной деструкции органических отходов, был проведен расчет ее технико-экономического потенциала, свидетельствующий о целесообразности и рентабельности разработки.
Защищаемые положения:
1. Технологическая схема интегрирования процессов анаэробной деструкции органических отходов.
2. Конструктивная проработка системы анаэробного сбраживания органических отходов, работающая в автоматическом режиме, по замкнутому циклу с использованием оборотной воды.
3. Конструкция 3-х секционного реактора анаэробного сбраживания.
Личный вклад:
Автор лично разрабатывал конструкцию реактора биогазовой установки, с проработкой отдельных ее узлов и элементов, проводил подбор серийного оборудования и комплектующих. Разрабатывал концептуальную схему по интеграции методов анаэробной деструкции органических отходов и конструктивную проработку секции анаэробного брожения. Проводил расчет технико-экономических показателей рентабельности проекта. Принимал участие в научном оформлении материалов.
Апробация результатов диссертации:
Результаты работы докладывались на конференциях:
1. Всероссийская научно-практическая конференция «Студенческие Дни науки в ТГУ».
2. Региональная научно-практическая конференция «Инновации и «зеленые» технологии».
Публикации
1. Гончаров, B.C. Переработка и очистка промышленно-бытовых стоков комбинированным методом [Текст] / B.C. Гончаров, Т.В. Зимина, М.В. Гончаров // ELPIT - 2017 : сб. трудов международного экологического конгресса. - Тольятти, 2017. - Т. 6. - С. 66 - 70
2. Гончаров, М.В. Интеграция процессов анаэробной деструкции органических отходов для получения альтернативной энергии [Текст] / М.В. Гончаров, B.C. Гончаров // «МОЛОДЕЖЬ. НАУКА. ОБЩЕСТВО» : сб. трудов Всероссийской научно-практической междисциплинарной конференции. - Тольятти, 2018. - С. 607 - 609
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 72 наименования, в том числе 30 иностранных источников. Объем работы составляет 106 страниц машинописного текста, содержит 20 рисунков, 17 таблиц, 43 формулы.
Купить