AGRIS - 

2021

Grigor'ev, V.S. | Romanov, I.V.

Способность газогидратов концентрировать газ в твердую хелатную структуру и свойства самоконсервации газогидратов при отрицательных температурах позволяют рассматривать возможность разработки способа утилизации биогаза, экологически безопасного хранения и транспортировки биометана. Цель исследования – обосновать технологические возможности получения синтетических смешанных газогидратов компонентов биогаза, их хранения и транспортировки на основе анализа имеющихся закономерностей формирования газогидратов по времени, температуре и внешнем давлении. Представлены результаты исследований процесса получения искусственных гидратов природного газа и метансодержащих газовых смесей при различных начальных статических давлениях и температурах. Объектом исследования для обоснования параметров искусственного создания газогидратов служит биогаз, полученный при анаэробном термофильном сбраживании органических отходов на имеющейся экспериментальной биогазовой установке. В качестве органического субстрата постоянного состава использовали комбикорм СК-8 с влажностью 90-92%. Предложили модель процесса и техническую конструкцию установки для получения газового моторного топлива из биогаза анаэробного сбраживания органических отходов агропромышленного комплекса. Установили, что время гидратообразования зависит от увеличения межфазной поверхности и движения пузырьков газа относительно жидкости, которое можно регулировать, воздействуя на зону гидратообразования (ударно-волновое, электромагнитное, механическое, химическое, температурное). Результаты исследований могут быть использованы при моделировании процессов в двухфазных средах при образовании газогидратов и создании установок по их получению. | An ability of gas hydrates to concentrate gas into a solid chelate structure and the properties of self-preservation of gas hydrates at negative temperatures allows considering a possibility of developing a method for the utilization of biogas, environmentally safe storage and transportation of biomethane. The research purpose is to substantiate the technological possibilities of obtaining synthetic mixed gas hydrates of biogas components, their storage and transportation based on the analysis of the existing regularities of the formation of gas hydrates in time, temperature and external pressure. There are presented the results of studies of the process of obtaining artificial hydrates of natural gas and methane-containing gas mixtures at various initial static pressures and temperatures. The object of research to substantiate the parameters of artificial creation of gas hydrates is biogas obtained during anaerobic thermophilic fermentation of organic waste at an existing experimental biogas plant. Mixed feed SK-8 with a humidity of 90-92% was used as an organic substrate of constant composition. Proposed are the process model and the technical design of an installation for producing gas motor fuel from the biogas obtained in results of anaerobic digestion of agro-industrial organic wastes. The hydrate formation time depends on the increase in the interfacial surface and the movement of gas bubbles relative to the liquid, which can be regulated by acting on the hydrate formation zone (shock wave, electromagnetic, mechanical, chemical, temperature). The research results can be used in modeling processes in two-phase media during the formation of gas hydrates and the creation of installations for production of them.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Minzanova, S.T. | Mironov, V.F. | Belostotskij, D.E. | Mindubaev, A.Z. | Mironova, L.G., Institute of Organic and Physical Chemistry, Kazan

Methane fermentation (biomethanogenesis) performed by a multicomponent microbial consortium under anaerobic conditions results in a mixture of approximately 65% CH4, 30% CO2, 1% H2S and minor amounts of N2, O2, H2 and CO. We assessed the efficiency of the biogas production from organic waste as influenced by various materials derived from amaranth (Amaranthus cruentus L.) which were used as co-substrates. Our findings indicate that optimization of the substrate organic matter composition by using dry phytomass of amaranth plants or amaranth pulp which remains after removing all practically valuable substances makes it possible to produce biogas from sewage sludge. This facilitates solving ecological problems of waste disinfection and utilization, and gives us an alternative, cheap and renewable source for fuel. In our previous works, we reported the technology for rutin, vegetable protein and pectin production from A. cruentus plants, and suggested a scheme for complex processing which includes extraction of these substances from amaranth dry phytomass in a single technological cycle. The pulp obtained after extraction of all valuable compounds was proposed as a co-substrate for organic waste anaerobic fermentation. We modeled the effect of amaranth-derived substances on biogas production in the laboratory bioreactor using large-tonnage urban sewage sludge as a substrate. It was shown that the doses of the additives affected the process, i.e. the excess of amaranth plant mass (74% and 87%) suppressed methanogenesis. The thermophilic fermentation was found to be superior to the mesophilic one. Moreover, in the presence of amaranth pulp, the biomethanogenesis under the mesophilic conditions also increased, the lag phase was almost absent, and the CH4 level throughout the experiment was about 60%. As a result, the specific biogas yield reached 251.9 ml per gram of dry matter. | Метановое брожение, или биометаногенез - образование смеси, состоящей приблизительно из 65% СH4, 30% CO2, 1% Н2S и незначительных количеств N2, O2, H2 и CO, осуществляется в анаэробных условиях многокомпонентным микробным консорциумом. Оценено влияние добавок на основе амаранта багряного (Amaranthus cruentus L.) на эффективность процесса получения биогаза из органических отходов. Установлено, что оптимизация субстрата по органическому веществу с использованием фитомассы или жома амаранта, полученного после извлечения всех практически ценных веществ, позволяет производить биогаз из осадков сточных вод, решая экологическую проблему обеззараживания и утилизации отходов, а также энергетическую задачу получения дешевого возобновляемого источника топлива. В результате цикла исследований по разработке оригинальных способов получения рутина, растительного белка, пектина на основе A. cruentus нами предложена схема комплексной переработки, включающей экстрактивное извлечение указанных веществ из высушенной фитомассы растения в едином технологическом цикле. Жом амаранта после извлечения всех ценных соединений был предложен в качестве косубстрата для анаэробного сбраживания органических отходов. Влияние добавок амаранта на получение биогаза моделировали в лабораторных условиях, используя в качестве субстрата крупнотоннажный осадок сточных вод (ОСВ) с городских очистных сооружений. Выявлена зависимость эффекта от количества добавки (избыток фитомассы амаранта 74% и 87% подавлял метаногенез). Изучение сбраживания ОСВ после фильтр-пресса (влажность 45%) в мезофильном и термофильном режимах с добавлением жома амаранта показало преимущество термофильного режима. Кроме того, в присутствии амарантового жома продуктивность биометаногенеза в мезофильном режиме тоже повышалась на 87,0%, при этом практически отсутствовала лаг-фаза, содержание CH4 в течение всего эксперимента составляло около 60%, а удельный выход биогаза достигал 251,9 мл/г сухого вещества.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Khakimov, R.T., St. Petersburg State Agrarian Univ.

There has been developed a mathematical model of the process of the fuel tank cooling with cryogenic liquid (liquefied methane) during refueling. Both a three-dimensional and two-dimensional problem represented in the Cartesian coordinate system, taking into account the non-stationary heat and mass transfer of the two-phase flow was solved. To solve this problem it is necessary to take into account the thermal properties of methane and its parameters in turbulent flow, especially the design of the cryogenic tank and special insulation materials. Particular attention is paid to the study of the critical pressure and temperature of liquefied methane, as well as the heat capacity determination in the mode of free heating-cooling of the fuel supply system of the gas engine and cryogenic tank in the filled state in a special thermal insulation. The determination of critical parameters of pressure and temperature is considered under the condition of the methane expiration in a special circular tube in order to supply gas to a two-phase engine. Presented are the results of numerical simulation of the unsteady process of heat and mass transfer of liquefied methane in the cryogenic tank of automotive engineering. Using the FlowVision application software package, it is possible to calculate the mass fractions of methane passing from a liquid state to a gas state. The main purpose of this mathematical model is to determine the speed of the phase transition and the selection of the thermal insulation layer, as well as the development of a set of scientific and technical measures aimed at extending the shelf life of liquefied methane in a cryogenic tank in a non-drainage mode. It is recommended to use heat insulating materials based on aerogel, cryogel and foam rubber. | Разработана математическая модель процесса захолаживания топливного бака с криогенной жидкостью (сжиженный метан) при заправке. Решалась как трехмерная, так и двухмерная задача, представленная в декартовой системе координат с учетом нестационарного тепломассообмена истечения двухфазного потока. Для решения данной краевой задачи необходимо учитывать теплофизические свойства метана и его показателей при турбулентном течении, особенности конструкции криогенного бака и специальных изоляционных материалов. Особое внимание отводится исследованию критических показателей давления и температуры сжиженного метана, а также определение теплоемкости в режиме свободного нагрева - охлаждения топливоподающей системы газового двигателя и криогенного бака в заполненном состоянии в специальной теплоизоляции. Определение критических параметров давления и температуры рассматривается при условии истечения метана в специальной трубке круглого сечения с целью подачи газа к двигателю в двухфазном виде. Представлены результаты численного моделирования нестационарного процесса тепломассообмена сжиженного метана в криогенном баке автотракторной техники. Используя пакет прикладных программ FlowVision, можно численно рассчитать массовые доли метана, переходящие из жидкого состояния в газообразное. Основная цель данной математической модели – определение скорости фазового перехода и подбора теплоизоляционного слоя, а также разработка комплекса научно-технических мероприятий, направленных на продление срока хранения сжиженного метана в криогенном баке в бездренажном режиме. Рекомендовано использовать теплоизолирующие материалы на основе аэрогеля, криогеля и вспененного каучука.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2013

Panov, S.Yu. | Chernetskaya, A.A. | Zhuchkov, A.V. | Ryazanov, A.N., Voronezh State Univ. of Engineering Technologies

It is proposed to process the food wastes on small capacity plants located nere the place of forming or transiently stocking wastes. It is advisable to perform a destruction with a concortium of microorganisms Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, g. Facilis, Erwinia amilofora and others. An experimental biogas plant consisting of a reactor and biogas-forming vessel (gas-holder) has been developed. To maximize the efficiency of the recycling of food municipal waste it is necessary to comply with the established parameters. The raw material should contain the biodegradable organic matter and water. It is necessary that the concentration of soap, surfactants, antibiotics should be low. The tank contents in which the anaerobic digestion takes place should be stirred from time to time, for example, with mechanical devices, hydraulic tools or a pneumatic system pressure. The allowed drop of temperature is no more than 1 deg.C per day. It is also necessary to ensure the biological balance. The most important factor is the anaerobic process control. The capacity of the plant is about 58 t/day. The customers of biogas units will be farms, businesses for growing and processing of agricultural products, food industry, governments and authorities of cities and towns and specialized companies. Investment in the creation of biogas device can be repaid within the period of 1.5-2.0 years. | Предложено перерабатывать пищевые отходы на установках небольшой производительности, расположенных рядом с местом образования или временного складирования отходов. Деструкцию целесообразно проводить с помощью консорциума микроорганизмов Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, p. Facilis, Erwinia amilofora и др. Разработана экспериментальная биогазовая установка, состоящая из реактора и емкости для образовавшегося биогаза (газгольдера). Для достижения максимальной эффективности утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов необходимо соблюдать установленные параметры. Сырье должно содержать биологически разлагающееся органическое вещество и воду. Необходимо отсутствие или низкая концентрация мыла, ПАВ, антибиотиков. Содержимое резервуара, в котором осуществляется анаэробное сбраживание, необходимо периодически перемешивать, например, с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами, под напором пневматической системы. Допускается перепад не более 1 град. С в сутки. Необходимо также обеспечение биохимического равновесия. Самым важным условием является контроль анаэробности процесса. Производительность установки составляет около 58 т/сут. Заказчиками биогазовых установок будут являться фермерские хозяйства, предприятия по выращиванию и переработке с.-х. продукции, пищевая промышленность, органы самоуправления городов и поселков, специализированные компании. Вложенные в создание биогазовой установки средства окупаются в течение полутора - двух лет.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2010

Kapustin, N.F. | Suntsova, Yu.A. | Dytman, O.A., National Academy of Sciences, Minsk (Belarus). Scientific and Practical Center for Agriculture Mechanization

Complex natural process of biological dissolution of organic matters in anaerobic conditions under the influence of anaerobic bacteria is the basis of biogas technologies. Biogas, appearing during fermentation, contains 55-70% of methane, 28-43% of CO2 and about 2% of hydrogen sulfide. Exactly H2S should be maximally eliminated from biogas content because of its capability to form a sulfuric acid during interreacting with water and cause a corrosion of metal, breaking equipment down. For elimination of these negative conditions special technologies of biogas clearing are developed. They allow increasing methane concentration in biofuel and to promote its calorific capacity. Main methods of biogas clearing are divided into 2 varieties: clearing inside the fermenters of biogas units and clearing in special filters. The first method of biogas clearing consists of chemical and microbiological aspects; the result of them both is hydrogen sulfide oxidation and sulfur discharge. Shortcomings of this technology are the secondary wastes formation demanding further utilization. Method of clearing in the special filters consists of dry clearing method, independent biological de-sulfurization of biogas and method of removal of the sulfides out of biochemical gas. All the methods have their advantages and shortcomings. According to them a combined method of autonomous de-sulfurization in special construction (desulfurizator) is suggested. Main stages of the clearing process are presented. Main advantages of the method are evaluated. Efficiency of equipment use is analyzed.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2009

Kapustin, N.F. | Basarevskij, A.N. | Starchenko, T.V. | Ponikarchik, S.N., National Academy of Sciences, Minsk (Belarus). Scientific and Practical Center for Agriculture Mechanization

In the conditions of the Republic of Belarus there were analyzed results of analysis of agrochemical and physical and chemical indicators of sewage from animal breeding complexes before and after sludge digestion. There was realized an estimation of energy indexes of biogas complexes and given suggestions on increasing the efficiency of their work. In course of the study there was analyzed equipment and technology of manure sewage processing at dairy, poultry and swine breeding farms and complexes of the Republic. Power capacity of the analysed equipment sets was 340 kW and 520 kW. There was marked the necessity of addition of a special hydrolyzer for the efficient hydrolyzation of complicated organic matters. Addition into fermented sludge digestion of ferrous sulfate, triticale, forage wastes and slaughter wastes caused the lowering of sulphuretted hydrogen in biofuel. Lowered amount of organic matter after its digestion proved high degree of its bioconversion.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2007

Smagin, A.V., Lomonosov Moscow State Univ.

Methodological and experimental studies of the abiotic uptake of gaseous substances by organic soils were performed. The static adsorption method of closed vessels for assessing the interaction of gases with the solid and liquid soil phases and the dynamic method of determining the sorption isotherms of gases by soils were analyzed. The theoretical substantiation of the methods and their practical implementations on the basis of a PGA-7 portable gas analyzer (Russia) were considered. Good agreement between the equilibrium sorption isotherms of the gases and the Langmuir model was revealed; for the real ranges of natural gas concentrations, this model can be reduced to the linear Henry equation. The limit values of the gas sorption (Langmuir monolayer capacity) are typical for dry samples; they vary from 670-4000 g/cubic metre for methane and oxygen to 20000-25000 g/cubic metre for carbon dioxide. The linear distribution coefficients of gases between the solid and gas phases of organic soils (Henry constants) are H—18 units for poorly sorbed gases (02, CH4) and 40-60 units for C02. The kinetics of the chemicophysical uptake of gases by the soil studied is linear in character and obeys the relaxation kinetic model of the first order with the corresponding relaxation constants, which vary from 1 h E-1 in wet samples to 10 h E-1 in dry samples

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2006

Dovnar, V.S.

On the basis of the data published in the literature on organic compounds with different degree of restoration from oxalic acid to methane it was found that the amount of energy releasing at their combustion was in a strict and direct dependence on the oxygen consumption for their oxidation. According to the observed dependence the new method for determination of combustion heat of dry matter of plants and amino acids was worked out. The combustion heat values of dry matter of spring crops made up 3.47–3.83 kc/g of barley; 3.37–3.92 of spring wheat; 3.82–4.16 of oats and 4.50 kc/g of yellow lupine were determined. The combustion heat values of dry matter for the amino acids was from 4.08 to 7.57 kc/g, depending on the structure of a side radical. The method was high-efficient up to 10 analyses for 1 hour and its accuracy was about 1%

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2003

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2003

Prospective estimation of greenhouse gas emission and estimation of efficacy of measures in agriculture has been considered. Prediction of methane and nitrous oxide emissions has been shown

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus