Come fanno i progetti di biogas da rifiuti organici a garantire la materia prima
Creato il 09.08
Come i progetti di biogas da rifiuti organici assicurano il materiale di alimentazione
I progetti di biogas da rifiuti organici assicurano l'approvvigionamento della materia prima bilanciando i rifiuti disponibili con il volume del digestore e il tempo di ritenzione prima che venga ordinato qualsiasi serbatoio. Per il funzionamento mesofilo a 35–38 °C, una ritenzione idraulica di circa 20–30 giorni copre il caso comune, con i tipici fanghi municipali che forniscono circa 0,5–0,6 m³ di biogas per chilogrammo di solidi volatili rimossi. Il lato dello stoccaggio deve essere mantenuto a pressione atmosferica: il gas è trattenuto da una copertura flessibile a solo pochi kilopascal con una valvola di sicurezza e un arrestatore di fiamma, quindi il guscio del digestore e il sistema del gas sono ambiti di progettazione separati anche se costituiscono un unico impianto.
Il primo anno di un impianto a biogas è solitamente deciso dal feedstock, non dal digestore. Un progetto che ha firmato il proprio accordo di vendita del gas su un flusso di rifiuti ereditato scopre poi la stagionalità del fornitore, la distanza di trasporto su camion, o semplicemente che i rifiuti arrivano a un ritmo pari a due terzi di quanto presuppone il volume del serbatoio. Il compito dell'ingegnere in quella situazione non è né ampliare il serbatoio né rinegoziare il contratto, ma mettere su carta il bilancio del feedstock: quante tonnellate al giorno di cosa, con quale contenuto di solidi totali, consegnate con quale frequenza e conservate per quanto tempo. Una volta che quel bilancio è reale, il volume del serbatoio, il tempo di ritenzione e lo stoccaggio del gas seguono come aritmetica. È così che i progetti a biogas da rifiuti organici si assicurano il feedstock senza tirare a indovinare. Una volta che il bilancio è reale, il volume del serbatoio, il tempo di ritenzione e lo stoccaggio del gas seguono come aritmetica. In termini di approvvigionamento, come i progetti a biogas da rifiuti organici si assicurano il feedstock trova risposta in quel bilancio su carta, non in un volume del serbatoio deciso prima che il flusso di rifiuti sia misurato.
Costruire prima il bilancio del materiale di alimentazione
Tonnellaggio, solidi totali e modalità di consegna sono i tre numeri su cui si dimensiona l'impianto. Si parte dal flusso di rifiuti disponibile e dal suo contenuto di sostanza secca: un flusso agroalimentare può arrivare all'8–12 percento di solidi totali, un fango municipale al 3–5 percento, un residuo colturale molto più alto ma disponibile stagionalmente. Moltiplicare il tonnellaggio giornaliero per la frazione di solidi totali per ottenere i solidi volatili disponibili, perché la resa di biogas è espressa per chilogrammo di solidi volatili rimossi. Poi verificare la modalità di consegna: una tubazione continua è completamente diversa da una singola consegna a settimana, e la differenza è ciò che lo stoccaggio di equalizzazione deve assorbire. Annotare tutti e tre prima del disegno del serbatoio, perché il volume del serbatoio e il sistema di alimentazione sono la stessa decisione vista da due estremità.
Volume del digestore, ritenzione e resa
Il tempo di ritenzione è la variabile di progetto che collega i rifiuti al gas. In condizioni mesofile tra 35 e 38 °C, una ritenzione idraulica di circa 20–30 giorni è la base abituale per i rifiuti organici municipali e industriali, con tempi più brevi possibili dove il carico è altamente degradabile e più lunghi dove i solidi sono difficili da trattare. La resa su cui pianificare è all'incirca 0,5–0,6 m³ di biogas per chilogrammo di solidi volatili rimossi per i fanghi municipali tipici, e circa 0,3–0,5 m³ di metano per chilogrammo di solidi volatili rimossi per i fanghi di depurazione. Moltiplicare il carico giornaliero di solidi volatili per il tempo di ritenzione scelto per ottenere il volume di lavoro, poi aggiungere il franco libero e qualsiasi spazio per schiuma, croste e sabbia sedimentabile, perché un digestore che si riempie di croste ha perso il suo spazio per il gas senza perdere il livello del liquido.
Stoccaggio, coperture e confine della pressione atmosferica
Mantenere il lato gas a pochi kilopascal e l'intero impianto diventa più semplice. Un digestore in vetro-acciaio è un guscio atmosferico; il gas non mette in pressione il recipiente, gonfia una copertura flessibile o sposta un gasometro, e la pressione viene mantenuta entro pochi kilopascal con un dispositivo di rilascio come protezione di riserva. Ecco perché la clausola sulla copertura appartiene alle specifiche: una membrana esterna con una membrana interna forma lo spazio del gas, la membrana interna è dimensionata per la pressione nominale del gas nell'ordine dei kilopascal, e una valvola di sicurezza per la pressione più un dispositivo antifiamma proteggono il confine. La miscelazione rientra nello stesso ambito, poiché senza miscelazione si forma uno strato di schiuma in superficie e la sabbia precipita sul fondo, entrambi riducono il volume utile e possono bloccare l'uscita del gas.
Specifica tecnica
Parametro | Valore tipico / Intervallo | Nota |
Temperatura operativa mesofila | 35–38 °C | finestra standard di digestione mesofila |
Tempo di ritenzione idraulica | 20–30 giorni | tipico per rifiuti organici municipali e industriali |
Resa di biogas, fanghi municipali | 0,5–0,6 m³/kg VS rimosso | base di pianificazione per la produzione di gas |
Resa di metano, fanghi di depurazione | 0,3–0,5 m³ CH₄/kg VS rimosso | dipende dalla degradabilità |
Confine di pressione del gas | mantenuto a pochi kPa | copertura flessibile, guscio atmosferico |
Sollievo e protezione | valvola di sicurezza per la pressione, arrestatore di fiamma | protezione lato gas |
Temperatura di fusione dello smalto | 820–930 °C | guscio del serbatoio in vetro fuso su acciaio |
Spessore dello strato di smalto | 0,25–0,45 mm | nominale superiore a 3450 N/cm² |
Dimensionamento dei tamponi di stoccaggio attorno al digestore
Lo stoccaggio dell'alimentazione, lo stoccaggio del digestato e lo stoccaggio del gas sono tre calcoli diversi. Lo stoccaggio dell'alimentazione copre il divario tra il modello di consegna e l'alimentazione continua: un flusso consegnato due volte a settimana necessita di un buffer sufficiente per mantenere alimentato il digestore durante il fine settimana, più un margine per un guasto. Lo stoccaggio del digestato segue il calendario di spandimento o di trattamento, spesso molti mesi. Lo stoccaggio del gas è dimensionato in base alla velocità di produzione del gas e al volume minimo utilizzabile della copertura piuttosto che dal volume del digestore, e l'eccedenza va a un flare o a una caldaia come questione di dispacciamento. Poiché il sistema a pannelli è imbullonato e i pannelli vengono spediti piatti, il sito può installare un digestore, metterlo in servizio e aggiungere un secondo vessel man mano che il contratto di approvvigionamento cresce, il che è spesso la via a minor rischio per un impianto che dipende da un accordo di fornitura.
Caso di progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Sezione anaerobica per acque reflue da lavorazione di fagioli | Hebei, Cina | Digestore GFS + copertura | sezione del processo anaerobico | fornitura + integrazione del processo |
Serie per acque reflue da birrificazione | Sichuan, Cina | Serbatoio GFS | 14.655 m³ | fornitura + assistenza al montaggio |
Serie per acque reflue industriali | Xinjiang, Cina | Serbatoio GFS | 30.469 m³ in 27 serbatoi | fornitura + supervisione dell'installazione |
Serie acque reflue municipali | Sichuan, Cina | Serbatoio GFS | 17.420 m³ in 10 serbatoi | fornitura + supporto alla messa in servizio |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-smaltato-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre in acciaio smaltato all'anno, ha completato più di 30.000 progetti installati e fornisce i suoi serbatoi in oltre 100 paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i serbatoi singoli vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione opera secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e la progettazione fa riferimento alle norme AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove l'applicazione lo richieda.
Per il servizio anaerobico e biogas, questo copre il guscio del digestore, l'integrazione del tetto a membrana a tenuta di gas e il confine di pressione a livello di kilopascal descritto sopra, insieme alla miscelazione e alla distribuzione dell'alimentazione che proteggono il volume di gas utilizzabile durante il periodo di ritenzione.
Domande frequenti
D1: Cosa determina se il progetto ha abbastanza materia prima?
A1: Il carico giornaliero di solidi volatili rispetto al volume di lavoro del digestore e al tempo di ritenzione scelto. Se il rifiuto fornisce meno di quanto presuppone il calcolo della ritenzione, l'impianto è sovradimensionato e la previsione di gas non sarà soddisfatta.
D2: Quale ritenzione dovrebbe essere pianificata?
R2: Circa 20–30 giorni per il funzionamento mesofilo a 35–38 °C su tipici rifiuti organici municipali e industriali. Tempi più brevi sono possibili per carichi altamente degradabili, tempi più lunghi dove i solidi sono difficili da idrolizzare.
D3: Come viene gestito il digestore in termini di pressione?
R3: A livello atmosferico. La copertura flessibile trattiene il gas a pochi kilopascal, con una valvola di sicurezza per la pressione e un arrestatore di fiamma che proteggono il confine; il guscio stesso non è mai considerato un recipiente in pressione.
D4: Cosa deve fare la copertura?
A4: Formare un confine flessibile a tenuta di gas sopra il liquido, mantenere la pressione nominale designata nell'intervallo dei bassi kilopascal, trasmettere i carichi di vento e neve al guscio ed essere compatibile con l'atmosfera gassosa e qualsiasi desolforazione a valle.
D5: L'idrogeno solforato è un problema per il serbatoio?
R5: Lo smalto tollera bene le condizioni solfuree nell'intervallo di pH 1–14, e la superficie liscia trattiene meno biofilm. La rimozione di H₂S è una questione di trattamento del gas a valle, utilizzando cloruro ferrico o desolforazione a secco per proteggere il motore o la caldaia.
D6: Come dovrebbe l'impianto gestire una carenza di materia prima?
A6: Aggiungere un secondo digestore in parallelo o aumentare la ritenzione su quello esistente invece di far funzionare l'impianto al di sotto della sua portata di progetto, perché un digestore alimentato al di sotto del suo carico produce semplicemente meno gas. I gusci bullonati rendono pratica l'opzione in parallelo.
D7: Quali ispezioni sono importanti nell'arco di trent'anni?
R7: Condizione e ancoraggio della membrana di copertura, coppia dei bulloni dopo il primo riempimento e dopo il primo anno, apparecchiature di miscelazione e profondità dello strato di schiuma, dispositivi di prelievo e di scarico del gas, oltre a un controllo visivo della superficie interna smaltata a ogni arresto.
La sicurezza dell'approvvigionamento della biomassa è un esercizio aritmetico da fare prima dell'ordine del serbatoio: tonnellate giornaliere, solidi totali, carico di solidi volatili, modalità di consegna, tempo di ritenzione e resa in gas definiscono insieme il volume del digestore e i buffer attorno ad esso. Il funzionamento mesofilo a 35–38 °C con una ritenzione di 20–30 giorni e una resa di circa 0,5–0,6 m³ per chilogrammo di solidi volatili rimossi è la base di progettazione comune, e uno spazio per il gas mantenuto a pochi kilopascal mantiene il mantello semplice e l'ambito di sicurezza lineare. Dove il contratto di fornitura lo consente, installare un recipiente e aggiungerne un secondo man mano che il flusso di rifiuti viene assicurato. Inviare l'inventario della biomassa e la modalità di consegna, e il volume dell'impianto ne consegue.
Parla con un ingegnere
Inviare i flussi di rifiuti disponibili con tonnellaggio e solidi totali, il modello di consegna e la stagionalità, la produzione di gas richiesta o l'energia sostitutiva, il clima e il sito dell'impianto, e l'uso finale del gas. Il team di ingegneria restituirà una raccomandazione sul volume del digestore e sul tempo di ritenzione, una dimensionamento dello stoccaggio dell'alimentazione e del digestato, una proposta di copertura e confine di pressione con la disposizione delle valvole di sicurezza e degli arrestatori di fiamma, il layout del sistema di miscelazione e di prelievo del gas, e un piano di consegna a fasi. Qualora un altro materiale per il guscio si adatti meglio al processo, tale opzione viene indicata insieme alla motivazione.
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