Năng lượng sinh khối Biomass biogas - Briquet

BIOMASS
BIOGAS-BRIQUET
NHÓM THỰC HIỆN
NGUYỄN VIỆT ANH
ĐINH VĂN BỒN
LÊ QUỐC HẢI
ĐỖ VĂN BẰNG
NGUYỄN VĂN DŨNG
ĐẶNG THÁI ĐƯƠNG
Năng lượng đang sử dụng trên thế giới hiện nay nếu quy ra dầu là gần 8,5
tỷ tấn, trong đó 40% là dầu, than khoảng 26% và khí thiên nhiên khoảng
24%.
•Dầu mỏ: Còn khoảng 40 năm
•Khí tự nhiên: Còn khoảng 60 năm
•Than: Còn khoảng 230 năm
Cần nguồn
năng lượng
thay thế
Tài nguyên
cạn kiệt
Ô nhiễm
môi trường
Trái đất
nóng lên
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY
CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ ĐÁNG
QUAN TÂM
NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI (BIOMASS)
Năng lượng sinh khối (Biomass) là năng lượng được tạo ra từ vật liệu
sinh học được lấy từ cơ thể sinh vật, hay vừa mới tồn tại trong cơ thể
sinh vật.

NGUYÊN LIỆU SINH KHỐI
VậtVật liệuliệu đượcđược
cungcung cấpcấp từtừ
““VụVụ mùamùa năngnăng
llượngượng” ”
ChấtChất thảithải
nôngnông nghiệpnghiệp
RácRác thảithải sinhsinh
hoạthoạt
ChấtChất thảithải
côngcông nghiệpnghiệp
5 5 nguyênnguyên liệuliệu sinhsinh khốikhối
GỗGỗ
PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU SINH KHỐI
BIOGAS: là sản phẩm của quá trình phân giải yếm khí của các
chất hữu cơ
BRIQUET: là nhiên liệu rắn được tạo ra từ nguyên liệu sinh khối
BIOFUEL: là những nhiên liệu lỏng lấy từ sinh khối
BIOGAS
BIOGAS LÀ GÌ?
 Biogas là sản phẩm khí của quá trình lên men kị khí phân giải các hợp
chất hữu cơ phức tạp thành những hợp chất hữu cơ đơn giản trong đó có
thành phần chính là khí metan
 Thành phần chính của Biogas là CH4 (50¸60%) và CO2 (30%) còn lại
là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO …
Các nguồn nguyên liệu chính dùng để sản xuất biogas:
Các loại bùn từ ao tù đầm lầy.
Các loại phế thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và chế biến nông
lâm sản.
Các sản phẩm phụ và phế thải từ sinh hoạt hằng ngày của con

người.
Các sản phẩm phụ và phế thải từ ngành chăn nuôi.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 1: Biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn
giản
Chất hữu cơ
phức tạp
(Protein, Acid
Amin, Lipid)
Chất hữu cơ đơn
giản
(Glycerin, Acid
béo…)
Vi khuẩn
Closdium Bipiclobacterium
Bacillus gram âm không sinh bào tử
Staphyloccus
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 2: Hình thành Acid
Nhờ vào vi khuẩn Acetogenic Bacteria (vk tổng hợp acetat), các hydrates
cacbon biến đổi thành các acid có phân tử lượng thấp
(C
2
H
5
COOH, C
3
H

7
COOH, CH
3
COOH) và pH môi trường dưới 5 nên gây
thối
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 2: Hình thành Acid
Vi khuẩn Sản phẩm, Acid tạo ra
Bacillus cereus Acetic, Lactic
Bacillus knolkampi Acetic, Lactic
Bacillus megaterium Acetic, Lactic
Bacterodies succigenes Acetic, Sucinic
Clostridium carbefectium Acetic, Fomic
Clostridium cellobinharus Lactic, Etanol, CO
2
Clostridium dissolves Acetic, Fomic
Clostridium thermocellaceum Lactic, Sucinic, Etanol
Pseudomonas Acetic, Fomic, Lactic, Sucinic, Etanol
Ruminococcus sp Acetic, Fomic,Sucinic, CO
2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 3 : Hình thành khí Metan
Sản phẩm của acid là nguyên liệu để phân hủy giai đoạn này, tạo ra hỗn
hợp khí CH
4,
CO
2
, H

2
S, N
2
, H
2
và pH
( môi trường chuyển sang kiềm)
Các phản ứng hóa học:
Cao phân tử  CO
2
+ H
2
+ CH
3
COO
-
+ C
2
H
5
COOH + C
3
H
8
COOH
CH
3
COO
-
+ H

2
O  CH
4
+ HCO
3
-
+ Q
4H
2
+ HCO
3
-
+ H
2
O  CH
4
+ H
2
O + Q
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 3: Hình thành khí Metan
Các phản ứng sinh hóa xảy ra chủ yếu:
4H
2
+ H
+
+ HCO
3
-

 CH
4
+ 3H
2
O
acid Formic: 4HCOOH  CH
4
+ 3HCO
3
-
+ 3H
+
HCOOH  H
2
+ CO
2
acid Acetic: CH
3
COO
-
+ H
2
 CH
4
+ 3HCO
3
-
acid Propionic: C
2
H

5
COO
-
+ 2H
2
O  CH
3
COO
-
+ 3H
2
+ 3CO
2
Metanol: 4CH
3
OH + H
2
O  CH
3
COO
-
+ 3H
+
+ H
2
O
Etanol: C
2
H
5

OH + H
2
O  3/2CH
4
+ 1/2CO
2
+ H
2
O
Propanol: C
3
H
7
OH + 3H
2
O  9/4CH
4
+ 3/4CO
2
+ 5/2H
2
O
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH LÊN MEN METAN
Giai đoạn 3: Hình thành khí Metan
Vi khuẩn Sản phẩm
Methanobacterium omelianskii CO
2
, H
2

, rượu bậc I, II
Methanopropionicum acid Propionic
Methanoformicium acid Formic
Methanosochngenii acid Acetic
Methanosuboxydans acid Btyric, Valeric, Capropionic
Methanosarcina barkerli CO
2
, H
2
, acid Acetic, Metanol
Methanococcus vanirielli H
2
, acid Formic
Methanorumin anticum H
2
, acid Formic
Methanococcus mazei acid Acetic, acid Butyric
Methansarcina methanica acid Acetic, acid Butyric
TIỀM NĂNG NGUYÊN LIỆU
STT
Vật liệu
Khả năng khai thác
biogas
(l/kg vc khô)
Năng lượng hàm chứa
(kWh/kg vc khô)
1 Thân lúa mạch 200 – 310 1,19 – 1,85
2 Thân cây ngô 380 – 460 2,27 – 2,75
3 Thân cây khoai tây 280 – 490 1,67 – 2,93
4 Lá củ cải đường 400 – 500 2,39 – 2,99

5 Rau bỏ đi 330 – 360 1,97 – 2,15
6 Phân bò 200 – 400 1,19 – 2,39
7 Phân lợn 340 – 350 2,02 – 3,28
8 Phân gà 330 – 620 1,97 – 3,70
9 Bùn 310 – 740 1,85 – 4,42
10 Phế thải lò mổ 1200 – 1300 7,16 – 7,76
11 Bã mía 450 2,69
12 Vỏ quả 379 2,21
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU
Chọn lọc và xử lý nguyên liệu phù hợp với yêu cầu giàu xenlulozo ít
lignin, tỷ lệ C/N từ 20-30
STT Nguyên liệu Tỷ lệ C/N
1 Phân trâu, bò 24 – 25
2 Phân lợn 20– 25
3 Phân gia cầm 7– 15
4 Phân người 2,9 – 10
5 Bèo tây tươi 12 – 25
6 Rơm rạ khô, trấu 48 – 110
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
LÊN MEN
Lên men trong điều kiện kỵ khí: không có O
2
Nhiệt độ:
 Quy mô nhỏ: 30-35
o
C
 Quy mô lớn: 50-55
o
C

 Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vi sinh vật giảm sinh trưởng và phát
triển).
 Tỷ lệ Cacbon/Nitơ: 30/1 là tỷ lệ tốt nhất.
 Tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 -> 7/1. (Tỷ lệ pha
loãng đối với phân bò: 1/1, phân lợn: 2/1).
 Các ion NH
4
, Ca, K, Zn, SO
4
ở nồng độ cao có ảnh hưởng đến sinh
trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh metan.
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
THU VÀ LÀM SẠCH KHÍ
 Loại trừ CO
2
Sục Biogas qua nước được coi là pp đơn
giản nhất để loại CO
2
.
Ngoài ra CO
2
còn có thể bị hấp thu bởi
những dd kiềm, do đó ta cũng có thể dùng
dd NaOH, Ca(OH)
2
và KOH để loại CO
2
:
2NaOH + CO
2

> Na
2
CO
3
+ H
2
O (*).
Na
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O > 2NaHCO
3.
Ca(OH)
2
+ CO
2
> CaCO
3
+ H
2
O.


Lối vào của biogaz
Lối ra của biogas

Lối vào
của nước
Lối
ra
của nước
Đĩa đục lỗ
Đệm
Ống

23
Ống



Thân



Ống 
Ống 



2500
150
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
Loại trừ bùn trong bể phân huỷ
THU VÀ LÀM SẠCH KHÍ
 Loại trừ H
2

S :
NaCO
3
ở pt (*) có thể dùng để loại H
2
S trong
Biogas qua phản ứng sau:
H
2
S + Na
2
CO
3
> NaHS + NaHCO
3.
Một cách đơn giản khác là cho Biogas đi qua
mạt sắt trộn lẫn với dăm bào:
Fe
2
O
3
+ 3H
2
S > Fe
2
S
3
+ 3H
2
O.

Sau khi sử dụng oxyt sắt được tái sinh bằng cách
đem Fe
2
S
3
phơi nắng, ta có:
2Fe
2
S
3
+ 3O
2
> 2Fe
2
O
3
+ 6S.
CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP NGUYÊN LIỆU
 Nạp liên tục: Nguyên liệu được nạp đầy lúc mới đưa thiết bị vào hoạt
động. Sau đó nguyên liệu được bổ sung thường xuyên, khi có một phần
nguyên liệu đã phân hủy sẽ được lấy đi nhường chỗ cho phần nguyên
liệu mới nạp vào. Phương pháp này phù hợp với điều kiện nguyên liệu
không có sẵn ngay một lúc mà phải thu góp hằng ngày như phân người,
phân súc vật
 Nạp từng mẻ: Toàn bộ nguyên liệu được nạp vào thiết bị một lần. Mẻ
nguyên liệu này được phân hủy dần dần và cho khí sử dụng. Sau một
thời gian đủ để cho nguyên liệu phân hủy gần hết thì toàn bộ mẻ
nguyên liệu được lấy đi và thay thế vào đó là một mẻ nguyên liệu mới.
Thông thường phương pháp này được áp dụng cho các nguyên liệu là
thực vật vì chúng phân hủy trong thời gian dài (thường từ 3 – 6 tháng)

HẦM BIOGAS NẮP CỐ ĐỊNH
Hầm sản xuất biogas nắp
cố định vòm cầu
1. Bể phân huỷ
2. Bộ phận chứa khí
3. Cửa nạp
4. Ống dẫn
5. Cửa lấy khí ra
6. Cửa thải bã
 Bộ phận chứa khí 2 và bể phân hủy 1 được gắn liền với nhau thành một bể
kín. Dịch phân hủy được chứa ở dưới và khí được thu giữ ở phía trên.
 Khí sinh ra ở phía trên sẽ tạo ra áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy, đẩy một
phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp 6 được thông với lối ra 4
HẦM BIOGAS NẮP CỐ ĐỊNH
ĐÁNH GIÁ
Ưu điểm
+ Kết cấu dưới mặt đất, nhiệt độ ổn định, tiết kiệm diện tích
+ Đảm bảo áp suất khí cao
+ Xây dựng với vật liệu dễ kiếm ngay tại địa phương
+ Bền, các bộ phận cố định, đòi hỏi ít bảo dưỡng
Nhược điểm:
+ Phần chứa khí rất khó xây dựng, đòi hỏi kỹ thuật cao
+ Áp suất khí lớn tác động lên thành bể gây nứt
+ Nước ở đầu vào dềnh lên gây khó khăn khi nạp nguyên liệu
+ Giá thành cao 1,2 đến 1,5 triệu đồng /m
2
HẦM BIOGAS NẮP CỐ ĐỊNH
HẦM BIOGAS NẮP NỔI
1. Bể phân hủy;
2. Bể chứa khí;

3. Bể nạp nguyên liệu;
4. Bể xả;
5. Cửa lấy khí ra.
Bộ phận chứa khí 2 là
một đai nước quanh
miệng bể phân hủy. Khí
được tích lại càng nhiều
thì nắp nổi càng cao.
HẦM BIOGAS NẮP NỔI
1. Bể phân hủy;
2. Bể chứa khí;
3. Bể nạp nguyên liệu;
4. Bể xả;
5. Cửa lấy khí ra.
Bộ phận chứa khí 2 là một
nắp có dạng thùng được
úp trực tiếp vào dịch phân
hủy