Παραγωγή Υθανίου σε πιλοτικής κλίμακας διβάθμιο σύστημα αναερόβιας χώνευσης

Κορδατζάκη, Μακρίνα; Kordatzaki, Makrina

dc.contributor.author	Κορδατζάκη, Μακρίνα	el
dc.contributor.author	Kordatzaki, Makrina	en
dc.date.accessioned	2020-12-16T06:31:36Z
dc.date.available	2020-12-16T06:31:36Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52543
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20241
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διβάθμια αναερόβια διεργασία	el
dc.subject	Υθάνιο	el
dc.subject	Κυκλική οικονομία	el
dc.subject	Εξευγενισμός βιοαερίου	el
dc.subject	Two-stage pilot scale anaerobic system	en
dc.subject	Hythane	en
dc.subject	FORBI	en
dc.subject	Circular economy	en
dc.subject	Biogas purifying system	en
dc.title	Παραγωγή Υθανίου σε πιλοτικής κλίμακας διβάθμιο σύστημα αναερόβιας χώνευσης	el
dc.contributor.department	ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Exploitation of a Food Residue Biomass product in a two-stage pilot scale anaerobic digestion system for the production of hythane	en
heal.classification	Biochemical Engineering	en
heal.classification	Environmental Engineering	en
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-11
heal.abstract	Οι διαρκώς επιταχυνόμενοι ρυθμοί ανάπτυξης των σύγχρονων κοινωνιών έχουν πάρα πολλές θετικές επιδράσεις στη ζωή των ανθρώπων αλλά παράλληλα έχουν οδηγήσει σε αρκετά περιβαλλοντικά και ενεργειακά προβλήματα των οποίων τα αποτελέσματα γίνονται πλέον όλο και περισσότερο εμφανή στην καθημερινή μας ζωή. Η εξάντληση των ορυκτών πόρων, η απελευθέρωση αέριων ρύπων στην ατμόσφαιρα προκαλώντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου αλλά και προβλήματα υγείας στους ανθρώπους, η ανάγκη εύρεσης εναλλακτικών και λιγότερο ρυπογόνων καυσίμων καθώς και η συσσώρευση μεγάλου όγκου απορριμμάτων στα μεγάλα αστικά κέντρα, αποτελούν τις βασικές αιτίες που αναπτύχθηκαν αρκετές μελέτες γύρω από την αξιοποίηση του βιοδιασπώμενου κλάσματος των αστικών απορριμμάτων προς παραγωγή ενέργειας και ανανεώσιμων καυσίμων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη πιλοτικής κλίμακας διβάθμιου συστήματος συζευγμένων αναερόβιων αντιδραστήρων με σκοπό την παραγωγή αέριου βιοκαυσίμου που ονομάζεται Υθάνιο. Το υθάνιο είναι μίγμα υδρογόνου και μεθανίου, για την συγκεκριμένη μελέτη σε αναλογία 10:90. Η τροφοδοσία του αναερόβιου συστήματος ήταν το FORBI ένα προϊόν βιομάζας από υπολείμματα τροφίμων. Το FORBI παράγεται μέσω μιας διεργασίας ξήρανσης/τεμαχισμού από προδιαλεγμένα υπολείμματα τροφίμων που συλλέγονται από πόρτα σε πόρτα μέσω του προγράμματος Waste4Think στον δήμο Χαλανδρίου. Η συνολική μονάδα είναι ένα αυτοματοποιημένο και απομακρυσμένης διαχείρισης σύστημα αναερόβιας διεργασίας το οποίο αποτελείται: από μία δεξαμενή ανάμιξης της τροφοδοσίας, έναν βιοαντιδραστήρα παραγωγής υδρογόνου (στάδιο οξεογένεσης) 500 L που λειτουργούσε σε θερμόφιλες συνθήκες με HRT 5 ημερών, έναν βιοαντιδραστήρα παραγωγής μεθανίου 4m3 ο οποίος λειτουργούσε σε μεσόφιλες συνθήκες με HRT 20 ημερών, δύο ενδιάμεσα δοχεία συλλογής της υγρής αναερόβιας εκροής κάθε αντιδραστήρα και από το σύστημα εξευγενισμού του βιοαερίου (στήλη ΜΕΑ για απομάκρυνση του CO2 και Η2S, αεριοφυλάκιο συλλογής του καθαρού βιοαερίου, στήλη silica gel για την απομάκρυνση της υγρασίας και τέλος έναν συμπιεστή για την παραγωγή bio-CNG). H μελέτη διήρκησε 170 ημέρες και χωρίζεται σε 3 βασικές φάσεις, την πρώτη φάση (154 ημέρες) όπου ο υδρογονοπαραγωγός ήταν θερμόφιλος και το σύστημα παρήγαγε μόνο βιοαέριο πλούσιο σε μεθάνιο, τη δεύτερη φάση (6 ημέρες) που ο υδρογονοπαραγωγός πέρασε σε μεσόφιλες συνθήκες ώστε να ελεγχθεί η απόδοσή του και από την τρίτη φάση όπου τροποποιήθηκαν οι σωληνώσεις της μονάδας και πλέον γινόταν η σύνθεση Υθανίου από την ανάμειξη του βιοαερίου που ήταν πλούσιο σε υδρογόνο και του βιοαερίου που ήταν πλούσιο σε μεθάνιο. Στη συνέχεια το μίγμα οδηγούταν προς εξευγενισμό και αποθήκευση. Κατά την διάρκεια της διεργασίας διεξάγονταν συνεχώς πειραματικές μετρήσεις για pH, ολική αλκαλικότητα, ολικά-πτητικά αιωρούμενα στερεά, ολικό-διαλυτό χημικώς απαιτούμενο οξυγόνο, πτητικά λιπαρά οξέα και παραγωγικότητα υδρογόνου και μεθανίου, προκειμένου να διασφαλιστεί η ορθή λειτουργία της μονάδας. Τελικά, από το σύστημα ήταν δυνατόν να παραχθούν κατά μέσο όρο σε ημερήσια βάση 585 L βιοαερίου με 40% Η2 από τον υδρογονοπαραγωγό και 2.5 m3βιοαερίου με 65% CH4από τον μεθανοπαραγωγό. Κατά την περίοδο σύνθεσης υθανίου, το σύστημα είχε δυναμική παραγωγής 2750Lβιοαερίου πλούσιο σε υθάνιο, ημερησίως. Το παραγόμενο βιοαέριο από το σύστημα διβάθμιας αναερόβιας διεργασίας μπόρεσε να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο των απορριμματοφόρων του Δήμου Χαλανδρίου, στο πλαίσιο εφαρμογής της ιδέας της κυκλικής οικονομίας.	el
heal.abstract	Modern society is constantly evolving in a very fast pace. Although that has numerous advantages for humanity because it has led to the improvement of our life quality, it has also caused many environmental issues. The depletion of mineral resources, the accumulation of gaseous pollutants in the atmosphere, the need of finding alternative energy sources combined with the over-accumulation of municipal waste in big cities, were the basic reasons that triggered the beginning of research that was aiming in the conversion of the biodegradable fraction of municipal waste into a renewable source of energy. The scope of the present diploma thesis is to evaluate the potential of exploiting food residue biomass (FORBI) through a two-stage pilot scale anaerobic digestion system in order to produce Hythane. Hythane is a mixture of Hydrogen and Methane, in this particular study Hythane was produced in a ratio of 10:90 (H2 to CH4). FORBI is generated through a drying/shredding process of door-to-door source separated household food waste (HFW) which is collected through the program Waste4Think that was conducted by the municipality of Halandri. The whole unit was a fully- automated and remotely controlled pilot scaled system that consisted: a mixing tank, a 500 L bioreactor that produced hydrogen (acetogenic bioreactor) which was working in thermophilic conditions with an HRT of 5 days, a 4m3 bioreactor that produced in mesophilic conditions with an HRT of 20 days, two tanks that were placed in between the two reactors and were collecting the liquid anaerobic products from the bioreactors and a purifying system for the refinement of the produced biogas ( an amine scrubber working with MEA solution for the extraction of CO2 and H2S, a floating gasholder with 2m3 working volume, a silica gel column for removing moisture and a compressor for the creation of bio-CNG). The duration of the study was 170 days in total and it was separated in 3 phases, in the first phase (154 days) the hydrogen producer was working in thermophilic conditions and the main product of the unit was biogas rich in methane, in the second phase (6 days) the hydrogen producer was turned into a mesophilic reactor and in the third phase (10 days) Hythane was produced by the mixing of hydrogen-rich biogas and methane-rich biogas. Then, the mixture was led tο the purifying system and in the end, pure Hythane biogas was stored in buffer tanks under pressure. During the whole process the parameters of pH, alkalinity, Total Suspended Solids, Volatile Suspended Solids, total Chemical Oxygen Demands, soluble Chemical Oxygen Demand Volatile Fatty Acids, hydrogen and methane productivity were continuously measured in order to verify the proper function of the system.The system was able to produce on a daily basis 585 L of biogas with 40%Η2 by the acetogenic bio-reactor and 2.5 m3 of biogas with 65% CH4by the methanogenic bio-reactor. During the period of Hythane production, the two-stage system was able to produce daily 2750 L biogas rich in Hythane. After its purification, the compressed biogas could be used as fuel resource in garbage disposal vehicles in the Municipality of Halandri based on the concept of circular economy.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false