Состав и качество получаемого биогаза
Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объем газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к растяжению газа и к уменьшаемому вместе с объемом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выход газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0°C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или м3 метана на кг органического сухого вещества (оСВ), это намного точнее и красноречивее нежели данные в м3 биогаза в м3 свежего субстрата (сравн. Изобр. 2.20).
Если не указано ничего иного, то данные для расчетов указанные в этой книге приводятся именно втаком измерении. В прошлом не всегда обращали внимание на эту взаимосвязь, что привело к малой пригодности старых даных о производстве газа, в них попросту отсутствуют данные о температуре, атмосферном давлении, содержании метана, содержании сухого вещества и органического сухого вещества. Даже в лабораторных условиях при исследовании одинаковых субстратов получаются разные результаты по производству газа. Причина этого кроется в разных методах, с помощью которых проводились такие измерения в лаборатории.
Одни делали измерения для свежего субстрата, другие для сухого, одни с силосованным материалом, другие с несилосованым, в резервуарах от 0,5 литров до 10 литров итд. В зависимости от рамочных условий результаты отличались между собой. На сегодняшний день актуален вопрос о приведении к нормам используемых методов измерения.
Разные методы и возможности для замеров и расчетов выхода газа подробно описаны в труде «Выход газа в сельскохозяйственных биогазовых установках». Именно из-за большой разницы в методах измерения при определении характерных параметров, таких как выход газа, уже на стадии планирования важно проверить действительность числовых величин и следить за тем, чтобы в основу закладывались реалистические показатели, которые бы соответствовали необходимым рамочным условиям.
Качество биогаза определяется в первую очередь содержанием метана либо соотношением горючего метана (СН4) к „бесполезной" двуокиси углерода (С02). Двуокись углерода разбавляет биогаз и вызывает потери при его хранении. Поэтому важно стремиться к высокому содержанию метана и как можно низкому содержанию двуокиси углерода.
Достигаемое обычно содержание метана колеблется между 50 и 75%. Как правило содержание С02 измеряют с помощью прибора «Впдоп» и после вычета небольшого количества остальных газов (2 - 8%) вычисляют содержание СН4.
Содержание метана в биогазе в первую очередь определяется следующими критериями:
Ведение процесса: в то время как в одноступенчатых биогазовых установка весь процесс анаэробного разложения происходит в одном ферментаторе, одним этапом, и таким образом весь газ выделяется как смесь газов, в двуступенчатых установках, выработанный на 1. этапе газ, состоит в большой степени из двуокиси увлерода и других энергетически малоценных газов, выводящихся в окружающую среду.
Вырабатываемый на 2. этапе газ имеет высокий процент содержания метана, который может составлять и более 80%.
Состав питательных веществ субстрата. Количество и качество произведенного биогаза зависит от количества внесенных веществ и их состава. Протеины и жиры имеют более высокое содержание метана. Для богатых на углеводы субстратов, как например кукуруза можно рассчитывать на содержание метана в среднем 53% (Изобр. 2.17).
Температура субстрата: на практике оказалось, что при высокой температуре ферментатора выход метана более плохой, чем при низких температурах. Это происходит через различия в растворимости и образованием газовидной двуокиси углеводорода. Чем большее количество С02 перейдет в газовидную форму, тем меньшей будет процентная доля СН4 в биогазе.
После метана и двуокиси углерода, сероводород (Н2Э) является важнейшей составляющей газа. Сероводород очень агрессивен и вызывает коррозию, что в первую очередь вызывает проблемы с арматурой, газовыми счетчиками, горелками и двигателями. Поэтому необходимо очищать биогаз от серы. Очищенный от серы биогаз почти не имеет запаха.
Кроме того в биогазе содержатся следы аммиака, элементарного азота, водорода и кислорода общим содержанием от 6 до 8% (Изобр. 2.21). Сероводород и аммиак можно легко замерять с помощью трубки Дрегера. Такие трубки можно использовать многоразово.
Газ, только что поступивший из биогазовой установки насыщен водным паром. Возможно, что пар содержит также следы еще малоисследованных растворенных веществ, способных вызывать проблемы при сжигании биогаза в котлах и двигателях. Например на биогазовой установке в Рипперсхаузене непонятным образом образовывались пушистые хлопья, которые создавали в сжигательной камере котла толстые наслоения. Потребовалось длительное время, чтобы установить, что эта «белая сажа» является оксидом кремния, возникающим вследствие коферментации силиконо-содержащих косметических мазей как результат сложных химических реакций (образование силанов). Сушка биогаза конденсацию является поэтому очень важным шагом по обогащению газа (Раздел 5). С помощью конденсированной воды сепарируют также большое количество содержащегося в биогазе аммиака, вызывающего в противном случае большие повреждения двигателя, особенно на подшипниках из цветных металлов.
