Ce este biogazul. Biogaz - ce este?

10.1. Informații generale despre producția de biogaz

În ultimul deceniu, s-a acordat multă atenție dezvoltării în țara noastră a utilizării surselor de energie netradițională și regenerabilă din cauza deficitului de combustibil și resurse energetice proprii. Una dintre sursele de energie netradițională și regenerabilă poate fi energia obținută din biomasă. Biogazul obținut în fermele republicii și producerea de energie din acesta este ceea ce va permite economisirea gazelor naturale și lichefiate.

Toate sursele de biomasă pot fi împărțite în trei grupuri principale:

la primul grup Acestea includ plante de teren special cultivate în scopuri energetice. Fermele energetice forestiere sunt de cea mai mare importanță pentru cultivarea diferitelor specii de arbori: salcie cu creștere rapidă (dezvoltată de oamenii de știință din Belarus), abanos, eucalipt, palmier, plop hibrid etc. Una dintre culturile energetice promițătoare este topinamburul, sorgul dulce, zahărul. baston.

La al doilea grup Sursele de biomasă includ diverse reziduuri și deșeuri organice:

a) deșeuri biologice de animale (dejecții de vite, excremente păsări de curte si etc.);

b) reziduuri de la recoltarea culturilor agricole și subprodusele prelucrării acestora, cum ar fi paie de secară și grâu, știulete de porumb, tulpină de bumbac, coajă de arahide, deșeuri de cartofi, coji și paie de orez, coji de semințe, coji de in etc.;

c) deșeuri din exploatare forestieră, gărestea și prelucrarea lemnului: scoarță, rumeguș, așchii de lemn, așchii;

d) ape uzate industriale (în special, întreprinderi textile, produse lactate și alte întreprinderi de prelucrare a alimentelor);

e) deșeuri municipale (solide și ape uzate).

A treia grupă– acestea sunt plante acvatice, inclusiv alge marine, inclusiv alge gigant (alge brune) și zambile de apă. Oceanul este considerat principalul furnizor de alge marine brune mari și alge care trăiesc pe fund (plante bentonice), precum și algele care plutesc în apă plată. În plus, se analizează posibilitatea utilizării biomasei din estuarul mlaștinilor cu apă dulce și sărată.

Potential energetic plante acvatice destul de inalt. De exemplu, alge marine proaspete 29,2 t.e./ha/an; zambila de apa -53,6 t.o.e/ha/an, iar trestia de zahar 40,0 t.o.e/ha/an /21/, /26/.

În funcție de umiditate și gradul de biodegradabilitate, biomasa este prelucrată prin metode termochimice (combustie directă, gazeificare, piroliză, lichefiere) sau prin metode biologice (prelucrare anaerobă, fermentare a etanolului). Cu ajutorul lor, din biomasă pot fi obținute diverse produse energetice finale, inclusiv căldură, abur, gaze cu conținut scăzut și ridicat de calorii și diverși combustibili lichizi. Una dintre cele mai utilizate metode de procesare a biomasei rămâne arderea directă pentru a produce căldură sau electricitate. Cele mai promițătoare procese de conversie a biomasei sunt gazeificarea termochimică, fermentația și prelucrarea anaerobă, care au ca rezultat gaz de sinteză (metan). Dezvoltarea bioenergiei bazată pe o resursă de energie regenerabilă, cum ar fi lemnul, poate fi promițătoare pentru Belarus. Aceasta include cultivarea soiurilor de lemn cu creștere rapidă. În Belarus, cercetările sunt deja în desfășurare cu privire la cultivarea plantațiilor energetice de salcie canadiană și troscot Sakhalin Weirich. Acești arbori sunt capabili să se reînnoiască în 25 de ani, iar tăierea și colectarea combustibilului se efectuează după 3 ani, iar un hectar de plantație poate produce în medie 20 m3 de lemn. De asemenea, sunt studiate posibilitățile de creștere și fezabilitatea creșterii bambusului Sakhalin și Sylvia latifolia în condițiile noastre climatice. Tehnologia arderii peleților de lemn este dezvoltată și utilizată pe scară largă.

10.2. Producerea de biogaz din digestia anaerobă

Una dintre modalitățile de producere a biogazului este metoda anaerob(fără oxigen), fermentație sau fermentaţie(supraîncălzirea) substanțelor organice de masă biologică de diverse origini la o temperatură de 30÷370 °C, precum și cu agitarea constantă a materiilor prime încărcate, încărcarea periodică a materiilor prime într-un recipient pentru fermentare și descărcarea fermentatului material /17, p. 357-364/. Recipientul în care are loc procesul de fermentație se numește digestor sau reactor. Dacă sunt îndeplinite toate condițiile de mai sus, sub influența bacteriilor prezente în biomasă, substanțele organice se descompun și formează un amestec de gaze, care se numește biogaz.Pentru producerea de biogaz se pot folosi deșeuri de la prelucrarea culturilor agricole - siloz, paie, alimente și alte deșeuri agricole, gunoi de grajd, excremente de păsări, Ape uzateși materii prime similare care conțin substanțe organice. Este important ca mediul materiilor prime să fie neutru, fără substanțe care să interfereze cu acțiunea bacteriilor, precum săpunul, prafurile de spălat, antibioticele / 20/.

Biogaz conţine 50÷80% metan (CH 4), 50÷20% dioxid de carbon (CO 2), 0÷3% hidrogen sulfurat (H 2 S), precum şi impurităţi: hidrogen, amoniac şi oxizi de azot. Biogazul nu are un miros neplăcut. Căldura de ardere a 1 m 3 de biogaz ajunge la 21÷29 MJ, ceea ce echivalează aproximativ cu arderea a 0,6 litri de benzină, 0,85 litri de alcool, 1,7 kg lemn de foc sau folosirea a 1,4÷1,6 kWh de energie electrică. Eficiența fermentației depinde de respectarea condițiilor anaerobe, a condițiilor de temperatură și a duratei fermentației. Fermentarea gunoiului de grajd este posibilă la o temperatură de 30÷35 °C ( mezofȘidirector de linieȘimfermentatȘieu) și 50÷60°С și peste ( termofȘidirector de linieȘim).

Durata fermentării gunoiului de grajd depinde de tipul de biomasă. Pentru gunoi de grajd mare bovine iar gunoi de grajd de pui, durata este de 20 de zile, gunoi de grajd de porc - 10 zile. Activitatea reacției microbiene este determinată în mare măsură de raportul dintre carbon și azot. Cele mai favorabile condiții cu raportul C/N== 10:16.

Din 1 m 3 de reactor, randamentul de biogaz ajunge la 2÷3 m 3 de biogaz, din excremente de păsări - 6 m 3 /21/. Următoarea cantitate de biogaz poate fi obținută pe zi de la un animal: bovine (cu greutatea de 500÷600 kg) -< 1,5 м 3 ; свиньи (массой 80÷100 кг) - 0,2 м 3 ; куры или кролики - 0,015 м 3 .

Datele privind randamentul specific de biogaz din diverse deșeuri agricole sunt date în Tabelul 15.1 /17, p.357/.

Energia obtinuta din arderea biogazului poate fi folosita pentru diverse nevoi Agricultură. Folosind un generator electric acționat de un motor cu ardere internă pe gaz, se poate genera electricitate. Dezavantajul este că o parte din energia generată trebuie utilizată pentru a funcționa instalația de biogaz în sine (în unele instalații până la 50% din energia generată).

Biogazul poate fi ars ca combustibil în arzătoarele instalațiilor de încălzire, cazane de apă caldă, sobe pe gaz și utilizat în unități frigorifice de tip absorbție, în motoarele de automobile și în unitățile cu radiații infraroșii. Un motor cu carburator poate fi ușor transformat în gaz, inclusiv biogaz. Pentru a face acest lucru, carburatorul este înlocuit cu un mixer. Transformarea motoarelor diesel la funcționarea pe gaz nu este dificilă. La trecerea de la motorină la gaz natural, puterea motorului este redusă cu 20%, de la natural la biogaz - cu 10%. Consumul de biogaz este în medie de 0,65 m 3 /kW h. Presiunea gazului în fața motorului trebuie să fie de cel puțin 0,4 kPa /17, p. 358/.

În creșterea animalelor pentru încălzirea apei, necesarul de biogaz pe animal pe an este: vacă de lapte - 21-30 m 3, porc - 1,4-4,9 m 3. Valorile mai mari ale acestor cifre se referă la fermele mici, la cele mai mici - la cele mijlocii.

Tabelul 15.1.

Producția de biogaz din deșeuri organice

Necesarul de biogaz pentru încălzirea saloanelor de muls este egal cu: cu numărul de vaci 40 - 164/327 m 3 /an; cu un număr de vaci de 60 - 212/410 m 3 /an; cu un număr de vaci de 80 - 262/530 m 3 /an. Numătorul conține date la o temperatură a aerului exterior de până la - 10 ° C, iar numitorul - la o temperatură a aerului exterior t sub - 10 ° C.

Pentru a încălzi casele de păsări la o temperatură externă de - 10 ° C și o temperatură internă de 18 ° C, este necesar aproximativ 1,2 m 3 / h la 1000 de păsări.

Reziduul (piure de metan) poate fi folosit ca îngrășământ.

B Și instalatii de gaze Și (BSU), în funcţie de caracteristicile schemei tehnologice, sunt de trei tipuri: continue, periodice şi acumulative /17, p.360/.

Cu o schemă continuă (de curgere) (Fig. 15.1), substratul proaspăt este încărcat în camera de fermentație continuu sau la anumite intervale (de la 2 la 10 ori pe zi), eliminând aceeași cantitate de masă fermentată. Acest sistem vă permite să obțineți cantitatea maximă de biogaz, dar necesită mai multe costuri materiale.

Cu o schemă periodică (ciclică) (Fig. 15.2), există două camere de fermentație, care sunt încărcate pe rând. În acest caz, volumul util al camerelor este utilizat mai puțin eficient decât cu continuu. În plus, sunt necesare rezerve semnificative de gunoi de grajd sau alt substrat pentru a le umple.

Cu o schemă acumulativă, instalația de depozitare a gunoiului de grajd servește simultan ca cameră pentru fermentarea și depozitarea gunoiului de grajd fermentat până la descărcare (Fig. 15.3).

Biogazul este un gaz produs prin fermentarea metanului a biomasei. Descompunerea biomasei în componente are loc sub influența a 3 tipuri de bacterii. În lanțul trofic, bacteriile ulterioare se hrănesc cu deșeurile celor precedente. Primul tip este bacteriile hidrolitice, al doilea formează acid, al treilea formează metan. Nu numai bacteriile din clasa metanogenului, ci toate cele trei specii sunt implicate în producerea de biogaz.

Compoziția biogazului

55%-75% metan, 25%-45% CO2, impurități minore de H2 și H2S. După curățarea biogazului de CO2, se obține biometan. Biometanul este un analog complet gaz natural. Singura diferență este în origine.

Materiile prime de obtinut

Deșeuri organice: gunoi de grajd, deșeuri de cereale și cretă, cereale uzate, pulpă de sfeclă, nămol de fecale, deșeuri de pește și de abator (sânge, grăsime, intestine, trestie), iarbă, deșeuri menajere, deșeuri lactate - lactoză, zer, deșeuri de producție biomotorină - tehnic glicerină din producția de biodiesel din semințe de rapiță, deșeuri din producția de sucuri - pulpă de fructe, pulpă de fructe de pădure, tescovină de struguri, alge, deșeuri din producția de amidon și melasă - pulpă și sirop, deșeuri de la prelucrarea cartofilor, producția de chipsuri - coji , piei, tuberculi putrezi.

Randamentul biogazului depinde de conținutul de substanță uscată și de tipul de materie primă utilizată. O tonă de gunoi de grajd de bovine produce 30-50 m³ de biogaz cu un conținut de metan de 60 , 150-500 mc de biogaz din tipuri variate plante cu conținut de metan de până la 70%. Cantitatea maximă de biogaz este de 1300 m3 cu un conținut de metan de până la 87 poate fi obținut din grăsime.

În calculele biogazului se utilizează conceptul de materie uscată (DM sau TS engleză) sau reziduu uscat (CO). Apa continuta de biomasa nu produce gaze.

Din 1 kg de substanță uscată se obțin 300 până la 500 de litri de biogaz.

Pentru a calcula randamentul de biogaz dintr-o anumită materie primă, este necesar să se efectueze teste de laborator sau să se analizeze datele de referință și să se determine conținutul de grăsimi, proteine ​​și carbohidrați. La determinarea acestora din urmă, este important să se afle procentul de substanțe degradabile rapid (fructoză, zahăr, zaharoză, amidon) și greu de descompus (de exemplu, celuloză, hemiceluloză, lignină). După ce s-a determinat conținutul de elemente, randamentul de gaz este calculat pentru fiecare în parte și apoi însumat.

Anterior, când nu exista știință despre biogaz și biogazul era asociat cu gunoiul de grajd, se folosea conceptul de „unitate animală”. Astăzi, când au învățat să producă biogaz din orice organic, acest concept s-a îndepărtat și a încetat să fie folosit.

Pe lângă deșeuri, biogazul poate fi produs din culturi energetice special cultivate, cum ar fi porumbul de siloz sau silfiul. Producția de gaz poate ajunge până la 500 m3 pe tonă.

Poveste

Omenirea a învățat să folosească biogazul cu mult timp în urmă. În mileniul II î.Hr. Pe teritoriul Germaniei moderne existau deja instalații primitive de biogaz. Alemanii, care locuiau în zonele umede din bazinul Elbei, și-au imaginat Dragoni în lemn de plutire în mlaștină. Ei credeau că gazul inflamabil care se acumulează în gropile din mlaștini era respirația împuțită a Dragonului. Pentru a-l potoli pe Dragon, sacrificiile și resturile de mâncare au fost aruncate în mlaștină. Oamenii credeau că Dragonul vine noaptea și respirația lui rămâne în gropi. Alemanii au venit cu ideea de a coase copertine din piele, acoperind mlaștina cu ele, deturnând gazul prin țevi de piele către locuința lor și ardându-l pentru gătit. Acest lucru este de înțeles, deoarece lemnul de foc uscat a fost greu de găsit, iar gazul de mlaștină (biogaz) a rezolvat perfect această problemă.

În secolul al XVII-lea, Jan Baptist Van Helmont a descoperit că biomasa în descompunere eliberează gaze inflamabile. Alessandro Volta în 1776 a ajuns la concluzia că există o relație între cantitatea de biomasă în descompunere și cantitatea de gaz eliberată. În 1808, Sir Humphry Davy a descoperit metanul în biogaz.

Prima fabrică de biogaz documentată a fost construită în Bombay, India, în 1859. În 1895, biogazul a fost folosit în Marea Britanie pentru iluminatul stradal. În 1930, odată cu dezvoltarea microbiologiei, au fost descoperite bacterii implicate în procesul de producere a biogazului.

Ecologie

Producția de biogaz ajută la prevenirea emisiilor de metan în atmosferă. Gunoiul de grajd reciclat este folosit ca îngrășământ în agricultură. Acest lucru reduce utilizarea îngrășămintelor chimice și reduce încărcarea apelor subterane.

Metanul are un efect de seră de 21 de ori mai mare decât CO2 și rămâne în atmosferă timp de 12 ani. Captarea metanului este cea mai bună modalitate pe termen scurt de a preveni încălzirea globală.

Productie

În total, în lume sunt utilizate sau dezvoltate în prezent aproximativ 60 de tipuri de tehnologii de producere a biogazului. Cea mai comună metodă este digestia anaerobă în metatancuri sau coloane anaerobe (termenul nu a fost stabilit în rusă). O parte din energia obținută ca urmare a utilizării biogazului este utilizată pentru întreținerea procesului (până la 15-20% iarna). În țările cu climă caldă nu este nevoie să încălziți rezervorul de metan. Bacteriile transformă biomasa în metan la temperaturi de la 25°C la 70°C.

Pentru a fermenta unele tipuri de materii prime în forma lor pură, este necesară o tehnologie specială în două etape. De exemplu, excrementele de păsări și resturile de distilerie nu sunt procesate în biogaz într-un reactor convențional. Pentru a procesa astfel de materii prime, este necesar un reactor de hidroliză suplimentar. Un astfel de reactor vă permite să controlați nivelul de aciditate, astfel încât bacteriile să nu mor din cauza creșterii conținutului de acizi sau alcaline.

Producția de biogaz este justificată din punct de vedere economic atunci când se prelucrează un flux constant de deșeuri, de exemplu în fermele de animale.

Gazul de depozit este unul dintre tipurile de biogaz. Obținut din gropile de gunoi municipale deșeuri menajere.

Aplicație

Biogazul este folosit ca combustibil pentru producerea de energie electrică, căldură sau abur, sau ca combustibil pentru vehicule. În India, Vietnam, Nepal și alte țări se construiesc centrale de biogaz mici (unifamiliale). Gazul produs în ele este folosit pentru gătit.

Instalațiile de biogaz pot fi instalate ca stații de tratare a apelor uzate în ferme, ferme de păsări, distilerii, fabrici de zahăr și fabrici de procesare a cărnii. O instalație de biogaz poate înlocui o instalație veterinară și sanitară. Acestea. carnea poate fi reciclată în biogaz în loc să producă făină de carne și oase.

Cel mai mare număr de instalații mici de biogaz se află în China - mai mult de 10 milioane (la sfârșitul anilor 1990). Ei produc aproximativ 7 miliarde m³ de biogaz pe an, care furnizează combustibil pentru aproximativ 60 de milioane de țărani. În India, din 1981 au fost instalate 3,8 milioane de instalații mici de biogaz.

La sfârșitul anului 2006, în China funcționau aproximativ 18 milioane de instalații de biogaz. Utilizarea lor face posibilă înlocuirea a 10,9 milioane de tone echivalent combustibil.

Dintre țările industrializate, locul fruntaș în producția și utilizarea biogazului în ceea ce privește indicatorii relativi aparține Danemarcei - biogazul ocupă până la 18% din bilanțul total energetic. În termeni absoluti, Germania ocupă locul fruntaș în numărul de instalații medii și mari - 8.000 de mii de unități. ÎN Europa de Vest cel puțin jumătate din toate fermele de păsări sunt încălzite cu biogaz.

Volvo și Scania produc autobuze cu motoare cu biogaz. Astfel de autobuze sunt utilizate în mod activ în orașele Elveției: Berna, Basel, Geneva, Lucerna și Lausanne. Conform previziunilor Asociației Elvețiene a Industriei Gazelor, până în 2010 10% din vehiculele elvețiene vor funcționa cu biogaz.

Lumea modernă este construită pe un consum din ce în ce mai mare, astfel încât resursele minerale și de materii prime se epuizează foarte rapid. În același timp, milioane de tone de gunoi de grajd urât mirositoare se acumulează anual în numeroase ferme de animale și sunt cheltuite resurse considerabile pentru eliminarea acestuia. Oamenii țin, de asemenea, pasul cu producția de deșeuri biologice. Din fericire, a fost dezvoltată o tehnologie care ne permite să rezolvăm simultan aceste probleme: folosirea deșeurilor biologice (în primul rând gunoi de grajd) ca materie primă, producerea de combustibil regenerabil ecologic - biogaz. Utilizarea unor astfel de tehnologii inovatoare a dat naștere unei noi industrii promițătoare - bioenergia.

Ce este biogazul

Biogazul este o substanță gazoasă volatilă care este incoloră și complet inodoră. Este format din 50-70 la suta metan, pana la 30 la suta din el este dioxid de carbon CO2 si inca 1-2 la suta sunt substante gazoase - impuritati (la purificare din acestea se obtine cel mai pur biometan).

Caracteristicile calitative fizice și chimice ale acestei substanțe sunt apropiate de cele ale gazelor naturale obișnuite de înaltă calitate. Conform cercetărilor oamenilor de știință, biogazul are proprietăți calorice foarte mari: de exemplu, căldura eliberată la arderea unui metru cub din acesta. combustibil natural, echivalează cu căldura de la un kilogram și jumătate de cărbune.

Eliberarea de biogaz are loc datorită activității vitale a unui tip special de bacterii - anaerobe, în timp ce bacteriile mezofile sunt activate atunci când mediul este încălzit la 30-40 de grade Celsius, iar bacteriile termofile se înmulțesc la temperaturi mai ridicate - până la +50 de grade.

Sub influența enzimelor lor, materiile prime organice se descompun odată cu eliberarea de gaz biologic.

Materii prime pentru biogaz

Nu toate deșeurile organice sunt potrivite pentru procesare în biogaz. De exemplu, gunoiul de grajd de la fermele de pasari si porci nu poate fi folosit in forma sa pura, deoarece are un nivel ridicat de toxicitate. Pentru a obține biogaz din acestea, este necesar să adăugați diluanți la astfel de deșeuri: masă de siloz, masă de iarbă verde, precum și gunoi de grajd de vacă. Ultima componentă este cea mai potrivită materie primă pentru producerea de combustibil ecologic, deoarece vacile mănâncă doar alimente vegetale. Cu toate acestea, trebuie monitorizat și pentru conținutul de impurități de metale grele, componente chimice și agenți tensioactivi, care în principiu nu ar trebui să fie prezenți în materia primă. Un punct foarte important este controlul asupra antibioticelor și dezinfectanților. Prezența lor în gunoi de grajd poate împiedica procesul de descompunere a masei de materie primă și formarea gazelor volatile.

Informații suplimentare. Este imposibil să faci fără dezinfectanți complet, deoarece altfel mucegaiul începe să se formeze pe biomasă sub influența temperaturilor ridicate. De asemenea, ar trebui să monitorizați și să curățați prompt gunoiul de grajd de impuritățile mecanice (cuie, șuruburi, pietre etc.), care pot deteriora rapid echipamentele de biogaz. Umiditatea materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului trebuie să fie de cel puțin 80-90%.

Mecanismul de formare a gazului

Pentru ca biogazul să înceapă să fie eliberat din materii prime organice în timpul fermentației fără aer (numită științific fermentație anaerobă), sunt necesare condiții adecvate: un recipient sigilat și o temperatură ridicată. Dacă este făcut corect, gazul produs se ridică în vârf, unde este selectat pentru utilizare, iar solidele care rămân sunt un excelent îngrășământ agricol bio-organic, bogat în azot și fosfor, dar lipsit de microorganisme dăunătoare. Condițiile de temperatură sunt foarte importante pentru procese corecte și complete.

Ciclul complet de transformare a gunoiului de grajd în combustibil de mediu variază de la 12 zile la o lună, depinde de compoziția materiilor prime. Dintr-un litru de volum util al reactorului se produc aproximativ doi litri de biogaz. Dacă utilizați mai avansat instalatii modernizate, apoi procesul de producție de biocombustibil este accelerat la 3 zile, iar producția de biogaz crește la 4,5-5 litri.

Oamenii au început să studieze și să utilizeze tehnologia extragerii biocombustibililor din surse naturale organice încă de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, iar în fosta URSS Primul dispozitiv pentru producerea de biogaz a fost dezvoltat încă din anii 40 ai secolului trecut. În zilele noastre, aceste tehnologii devin din ce în ce mai importante și populare.

Avantajele și dezavantajele biogazului

Biogazul ca sursă de energie are avantaje incontestabile:

• servește la îmbunătățire situația de mediuîn acele zone în care este utilizat pe scară largă, deoarece, alături de reducerea utilizării combustibilului poluant, are loc o distrugere foarte eficientă a deșeurilor biologice și dezinfectarea apelor uzate, de ex. echipamentele de biogaz acționează ca o stație de curățare;
• materiile prime pentru producerea acestui combustibil organic sunt regenerabile și practic gratuite - atâta timp cât animalele din ferme primesc hrană, vor produce biomasă și, prin urmare, combustibil pentru instalațiile de biogaz;
• achiziționarea și utilizarea echipamentelor este profitabilă din punct de vedere economic - odată achiziționată, o instalație de producere a biogazului nu va mai necesita nicio investiție și este întreținută simplu și ieftin; deci, o instalație de biogaz pentru utilizare în agriculturaîncepe să plătească în termen de trei ani de la lansare; nu este nevoie să se construiască utilități și linii de transport de energie, costurile de lansare a unei stații biologice sunt reduse cu 20 la sută;
• nu este nevoie să instalați utilități precum linii electrice și conducte de gaz;
• producția de biogaz la stație folosind materii prime organice locale este o întreprindere fără deșeuri, spre deosebire de întreprinderile care folosesc surse tradiționale de energie (conducte de gaz, cazane etc.), deșeurile nu poluează mediul și nu necesită spațiu de depozitare;
• la utilizarea biogazului, o anumită cantitate de dioxid de carbon și sulf este eliberată în atmosferă, totuși, aceste cantități sunt minime în comparație cu același gaz natural și sunt absorbite de spațiile verzi în timpul respirației, prin urmare contribuția bioetanolului la efectul de seră este minimă. ;
• În comparație cu alte surse alternative de energie, producția de biogaz este întotdeauna stabilă; o persoană poate controla activitatea și productivitatea instalațiilor pentru producerea acesteia (spre deosebire de, de exemplu, panourile solare), colectând mai multe instalații într-una sau, dimpotrivă, împărțindu-le în secțiuni separate. pentru a reduce riscul accidentelor;
• în gazele de eșapament la utilizarea biocombustibililor, conținutul de monoxid de carbon este redus cu 25 la sută, iar oxizi de azot cu 15;
• pe lângă gunoi de grajd, puteți folosi și unele tipuri de plante pentru a obține biomasă pentru combustibil, de exemplu, sorgul va ajuta la îmbunătățirea stării solului;
• Când bioetanolul este adăugat la benzină, numărul octan al acestuia crește, iar combustibilul în sine devine mai rezistent la detonare, iar temperatura sa de autoaprindere scade semnificativ.

Biogaz– nu este un combustibil ideal, acesta și tehnologia de producție nu sunt, de asemenea, lipsite de dezavantaje:

• viteza de prelucrare a materiilor prime organice în echipamente pentru producerea de biogaz – slăbiciuneîn tehnologie comparativ cu sursele tradiționale de energie;
• Bioetanolul are o putere calorică mai mică decât combustibilul petrolier - eliberează cu 30 la sută mai puțină energie;
• procesul este destul de instabil; pentru a-l menține, este necesară o cantitate mare de enzime de o anumită calitate (de exemplu, o schimbare a dietei vacilor afectează foarte mult calitatea gunoiului de grajd);
• producătorii fără scrupule de biomasă pentru stațiile de procesare pot epuiza în mod semnificativ solul cu semănare crescută, acest lucru perturbând echilibrul ecologic al teritoriului;
• țevile și recipientele cu biogaz se pot depresuriza, ceea ce va duce la o scădere bruscă a calității biocombustibilului.

Unde se folosește biogazul?

În primul rând, acest biocombustibil ecologic este folosit pentru a satisface nevoile casnice ale populației, ca înlocuitor al gazelor naturale, pentru încălzire și gătit. Întreprinderile pot folosi biogazul pentru a lansa un ciclu de producție închis: utilizarea acestuia este deosebit de eficientă în turbine cu gaz. Cu o reglare adecvată și o combinație completă a unei astfel de turbine cu o instalație de producție de biocombustibil, costul acesteia concurează cu cea mai ieftină energie nucleară.

Eficiența utilizării biogazului este foarte ușor de calculat. De exemplu, dintr-o unitate de vite se pot obține până la 40 de kilograme de gunoi de grajd, din care se produce un metru și jumătate de biogaz, suficient pentru a genera 3 kilowați/oră de energie electrică.

După ce au determinat nevoile de energie electrică ale gospodăriei, este posibil să se determine ce tip de instalație de biogaz să folosească. Cu un număr mic de vaci, cel mai bine este să produceți biogaz acasă folosind o simplă instalație de biogaz de putere redusă.

Dacă ferma este foarte mare, și generează în mod constant o cantitate mare de deșeuri biologice, este benefică instalarea unui sistem automatizat de biogaz de tip industrial.

Notă! Când proiectați și instalați, veți avea nevoie de ajutorul unor specialiști calificați.

Proiectare instalatii de biogaz

Orice instalație biologică constă din următoarele părți principale:

• un bioreactor în care are loc biodecompunerea amestecului de gunoi de grajd;
• sistem de alimentare cu combustibil organic;
• unitate pentru agitarea maselor biologice;
• dispozitive pentru crearea și menținerea nivelului de temperatură necesar;
• rezervoare pentru introducerea biogazului rezultat în ele (suporturi de gaz);

• recipiente pentru aşezarea acolo a fracţiunilor solide rezultate.

Acest lista plina elemente pentru instalații automate industriale, în timp ce o instalație de biogaz pentru o locuință privată este mult mai simplu proiectată.

Bioreactorul trebuie să fie complet etanș, adică. accesul la oxigen este inacceptabil. Acesta poate fi un recipient metalic sub formă de cilindru instalat pe suprafața solului; fostele rezervoare de combustibil cu o capacitate de 50 de metri cubi sunt potrivite pentru aceste scopuri. Bioreactoarele demontabile gata făcute sunt instalate/demontate rapid și mutate cu ușurință într-o nouă locație.

Dacă este planificată o stație mică de biogaz, atunci este recomandabil să plasați reactorul în subteran și să îl faceți sub formă de rezervor de cărămidă sau beton, precum și butoaie de metal sau PVC. Puteți plasa un astfel de reactor de bioenergie în interior, dar este necesar să asigurați o ventilație constantă a aerului.

Buncăre pentru prepararea materiilor prime biologice – element necesar sistem, deoarece înainte de a intra în reactor, acesta trebuie pregătit: zdrobit în particule de până la 0,7 milimetri și înmuiat în apă pentru a aduce umiditatea materiei prime la 90 la sută.

Sistemele de alimentare cu materii prime constau dintr-un recipient de materie primă, un sistem de alimentare cu apă și o pompă pentru alimentarea cu masa pregătită a reactorului.

Dacă bioreactorul este realizat în subteran, containerul pentru materii prime este plasat la suprafață, astfel încât substratul pregătit să curgă în reactor independent sub influența gravitației. De asemenea, este posibil să amplasați recipientul de materie primă în partea de sus a buncărului, caz în care este necesar să folosiți o pompă.

Orificiul de evacuare a deșeurilor este situat mai aproape de fund, vizavi de intrarea materiei prime. Receptorul pentru fracții solide este realizat sub forma unei cutii dreptunghiulare, în care duce un tub de evacuare. Când o nouă porțiune a biosubstratului preparat intră în bioreactor, un lot de același volum deșeuri solide este alimentat la receptor. Ulterior, ele sunt utilizate în ferme ca biofertilizatori excelente.

Biogazul rezultat este stocat în suporturi de gaz, care sunt de obicei plasate deasupra reactorului și au formă de con sau cupolă. Rezervoarele de gaz sunt realizate din fier și vopsite cu vopsea de ulei în mai multe straturi (acest lucru ajută la evitarea distrugerii corozive). În bioinstalațiile industriale mari, containerele de biogaz sunt realizate sub formă de rezervoare separate conectate la reactor.

Pentru a da proprietăți inflamabile gazului rezultat, este necesar să-l scăpați de vaporii de apă. Biocombustibilul este condus printr-un rezervor de apă (etanșare hidraulică), după care poate fi alimentat prin conducte de plastic direct pentru consum.

Uneori puteți găsi suporturi speciale de gaz în formă de pungă din PVC. Sunt situate în imediata apropiere a instalației. Pe măsură ce sacii sunt umpluți cu biogaz, se deschid și volumul lor crește suficient pentru a accepta tot gazul produs.

Pentru a avea loc procese eficiente de biofermentare, este necesară agitarea constantă a substratului. Pentru a preveni formarea unei cruste pe suprafața biomasei și pentru a încetini procesele de fermentație, este necesar să o amestecați constant în mod activ. Pentru a face acest lucru, pe partea laterală a reactorului sunt montate agitatoare submersibile sau înclinate sub forma unui mixer pentru amestecarea mecanică a masei. Pentru statiile mici sunt manuale, pentru cele industriale sunt controlate automat.

Necesar pentru activitățile vieții bacterii anaerobe temperatura este menținută folosind sisteme automate de încălzire (pentru reactoare staționare), acestea încep să se încălzească atunci când căldura scade sub normal și se opresc automat când ajunge temperatura normala. De asemenea, puteți utiliza sisteme de boiler, încălzitoare electrice sau instalați un încălzitor special în fundul recipientului cu materii prime. În același timp, este necesar să se reducă pierderile de căldură din bioreactor; pentru a face acest lucru, acesta este învelit într-un strat de vată de sticlă sau o altă izolație termică este asigurată, de exemplu, din spumă de polistiren.

Biogaz de făcut singur

Pentru casele particulare, utilizarea biogazului este acum foarte importantă - din gunoi de grajd practic gratuit puteți obține gaz pentru nevoile casnice și pentru încălzirea casei și a fermei. Instalația proprie de biogaz este o garanție împotriva întreruperilor de curent și a prețurilor în creștere la gaz, precum și o modalitate excelentă de reciclare a deșeurilor biologice, precum și a hârtiei inutile.

Pentru construcție pentru prima dată, este cel mai logic să folosiți scheme simple; astfel de structuri vor fi mai fiabile și vor dura mai mult. În viitor, instalația poate fi completată cu piese mai complexe. Pentru o casă cu o suprafață de 50 de metri pătrați, se obține o cantitate suficientă de gaz cu un volum al rezervorului de fermentație de 5 metri cubi. Pentru a asigura constanta regim de temperatură necesare pentru o fermentație adecvată, puteți folosi o conductă de încălzire.

În prima etapă de construcție, ei sapă un șanț pentru bioreactor, ai cărui pereți trebuie să fie întăriți și sigilați cu plastic, amestec de beton sau inele polimerice (de preferință, au un fund solid - vor trebui înlocuiți periodic pe măsură ce sunt folosit).

A doua etapă constă în instalarea drenajului de gaz sub formă de țevi polimerice cu numeroase orificii. În timpul instalării, trebuie să se țină seama de faptul că vârfurile țevilor trebuie să depășească adâncimea de umplere planificată a reactorului. Diametrul conductelor de evacuare nu trebuie să depășească 7-8 centimetri.

Următoarea etapă este izolarea. După aceasta, puteți umple reactorul cu substratul pregătit, după care este învelit în film pentru a crește presiunea.

La a patra etapă sunt instalate domurile și conducta de evacuare, care este plasată în cel mai înalt punct al domului și conectează reactorul la rezervorul de gaz. Suportul de gaz poate fi căptușit cu cărămidă, deasupra este montată o plasă de oțel inoxidabil și acoperită cu ipsos.

O trapă este plasată în partea superioară a suportului de gaz, care se închide ermetic; o conductă de gaz cu o supapă pentru egalizarea presiunii este îndepărtată din ea.

Important! Gazul rezultat trebuie îndepărtat și consumat în mod constant, deoarece depozitarea sa pe termen lung în partea liberă a bioreactorului poate provoca o explozie de la tensiune arterială crescută. Este necesar să se asigure o etanșare cu apă, astfel încât biogazul să nu se amestece cu aerul.

Pentru a încălzi biomasa, puteți instala o bobină care provine din sistem de incalzire acasă - este mult mai profitabil din punct de vedere economic decât utilizarea încălzitoarelor electrice. Încălzirea externă poate fi asigurată cu ajutorul aburului; acest lucru va preveni supraîncălzirea materiilor prime peste normal.

În general, o instalație de biogaz de bricolaj nu este o structură atât de complexă, dar atunci când o amenajați, trebuie să acordați atenție celor mai mici detalii pentru a evita incendiile și distrugerea.

Informații suplimentare. Construcția chiar și a celei mai simple instalații biologice trebuie documentată cu documente corespunzătoare, este necesar să se aibă schema tehnologicași o hartă de instalare a echipamentelor, trebuie să obțineți aviz de la Stația Sanitară și Epidemiologică, serviciile de pompieri și gaze.

Utilizați în zilele noastre surse alternative energia capătă amploare. Printre acestea, subsectorul bioenergiei este foarte promițător - producția de biogaz din deșeuri organice precum gunoi de grajd și siloz. Stațiile de producere a biogazului (industriale sau locuințe mici) pot rezolva problemele de eliminare a deșeurilor, obținerea de combustibil și căldură de mediu, precum și de îngrășăminte agricole de înaltă calitate.

Video

Creșterea prețurilor la energie ne face să ne gândim la posibilitatea de a ne asigura noi înșine cu ele. O opțiune este o instalație de biogaz. Cu ajutorul lui, biogazul este obținut din gunoi de grajd, excremente și reziduuri vegetale, care, după purificare, poate fi folosit pentru aparatele pe gaz (sobe, cazane), pompat în butelii și folosit ca combustibil pentru mașini sau generatoare electrice. În general, procesarea gunoiului de grajd în biogaz poate satisface toate nevoile energetice ale unei locuințe sau fermei.

Construcția unei centrale de biogaz este o modalitate de a furniza în mod independent resurse energetice

Principii generale

Biogazul este un produs care se obține din descompunerea substanțelor organice. In timpul procesului de putrezire/fermentare se elibereaza gaze, colectand care poti satisface nevoile propriei gospodarii. Echipamentul în care are loc acest proces se numește „instalație de biogaz”.

Procesul de formare a biogazului are loc datorită activității vitale diferite feluri bacteriile conținute în deșeurile în sine. Dar pentru ca ei să „lucreze” activ, trebuie să creeze anumite condiții: umiditate și temperatură. Pentru a le crea, se construiește o centrală de biogaz. Acesta este un complex de dispozitive, a cărui bază este un bioreactor, în care are loc descompunerea deșeurilor, care este însoțită de formarea de gaze.

Există trei moduri de procesare a gunoiului de grajd în biogaz:

• Modul psihofil. Temperatura în instalația de biogaz este de la +5°C până la +20°C. În astfel de condiții, procesul de descompunere este lent, se formează mult gaz și calitatea acestuia este scăzută.
• mezofil. Unitatea intră în acest mod la temperaturi cuprinse între +30°C și +40°C. În acest caz, bacteriile mezofile se reproduc activ. În acest caz, se formează mai mult gaz, procesul de procesare durează mai puțin - de la 10 la 20 de zile.
• Termofil. Aceste bacterii se înmulțesc la temperaturi de la +50°C. Procesul este cel mai rapid (3-5 zile), producția de gaz este cea mai mare (cu conditii ideale de la 1 kg de livrare poți obține până la 4,5 litri de gaz). Majoritatea tabelelor de referință pentru randamentul de gaz din procesare sunt date special pentru acest mod, așa că atunci când utilizați alte moduri, merită să faceți o ajustare mai mică.

Cel mai dificil lucru de implementat în instalațiile de biogaz este modul termofil. Acest lucru necesită izolație termică de înaltă calitate a instalației de biogaz, încălzire și un sistem de control al temperaturii. Dar la ieșire obținem cantitatea maximă de biogaz. O altă caracteristică a prelucrării termofile este imposibilitatea încărcării suplimentare. Celelalte două moduri - psihofil și mezofil - vă permit să adăugați zilnic o porție proaspătă de materii prime preparate. Dar, în modul termofil, timpul scurt de procesare face posibilă împărțirea bioreactorului în zone în care vor fi procesate cota lor de materii prime. termeni diferiți descărcări.

Diagrama instalației de biogaz

Baza unei instalații de biogaz este un bioreactor sau un buncăr. Procesul de fermentație are loc în el, iar gazul rezultat se acumulează în el. Există și un buncăr de încărcare și descărcare; gazul generat este evacuat printr-o conductă introdusă în partea superioară. Urmează sistemul de tratare a gazelor - curățarea acestuia și creșterea presiunii din conducta de gaz la presiunea de lucru.

Pentru modurile mezofile și termofile, este necesar și un sistem de încălzire cu bioreactor pentru a ajunge la modurile necesare. În acest scop, se folosesc de obicei cazane pe gaz care funcționează cu combustibil produs. Din el, un sistem de conducte merge la bioreactor. De obicei asta conducte polimerice, deoarece tolerează cel mai bine să fie într-un mediu agresiv.

O instalație de biogaz are nevoie și de un sistem de amestecare a substanței. În timpul fermentației, la vârf se formează o crustă tare, iar particulele grele se depun. Toate acestea împreună agravează procesul de formare a gazelor. Mixerele sunt necesare pentru a menține o stare omogenă a masei prelucrate. Ele pot fi mecanice sau chiar manuale. Ele pot fi pornite prin cronometru sau manual. Totul depinde de modul în care este realizată instalația de biogaz. Un sistem automatizat este mai costisitor de instalat, dar necesită o atenție minimă în timpul funcționării.

După tipul de locație, o instalație de biogaz poate fi:

• Overground.
• Semi-încastrat.
• Încastrat.

Cele încastrate sunt mai scumpe de instalat - este necesară o cantitate mare de lucrări de excavare. Dar atunci când sunt folosite în condițiile noastre, sunt mai bune - este mai ușor să organizați izolația, iar costurile de încălzire sunt mai mici.

Ce poate fi reciclat

O instalație de biogaz este în esență omnivoră - orice materie organică poate fi procesată. Orice gunoi de grajd și urină, reziduuri de plante sunt potrivite. Detergenții, antibioticele și substanțele chimice afectează negativ procesul. Este recomandabil să minimizați aportul lor, deoarece ucid flora care le procesează.

Gunoiul de grajd de bovine este considerat ideal, deoarece conține cantități mari de microorganisme. Dacă în fermă nu sunt vaci, la încărcarea bioreactorului, este indicat să adăugați o parte din gunoi de grajd pentru a popula substratul cu microflora necesară. Reziduurile de plante sunt pre-zdrobite și diluate cu apă. Materialele vegetale și excrementele sunt amestecate într-un bioreactor. Procesarea acestei „umplere” durează mai mult, dar la sfârșitul zilei, în modul corect, avem cel mai mare randament de produs.

Determinarea locației

Pentru a minimiza costurile de organizare a procesului, este logic să amplasăm instalația de biogaz aproape de sursa deșeurilor – în apropierea clădirilor în care sunt ținute păsări de curte sau animale. Este recomandabil să dezvoltați designul astfel încât încărcarea să aibă loc prin gravitație. Dintr-un hambar sau porci, puteți așeza o conductă pe o pantă prin care gunoiul de grajd va curge gravitațional în buncăr. Acest lucru simplifică foarte mult sarcina de întreținere a reactorului și, de asemenea, îndepărtarea gunoiului de grajd.

Cel mai indicat este să amplasați instalația de biogaz astfel încât deșeurile din fermă să poată curge prin gravitație

De obicei, clădirile cu animale sunt situate la o oarecare distanță de o clădire rezidențială. Prin urmare, gazul generat va trebui transferat către consumatori. Dar așezarea unei țevi de gaz este mai ieftină și mai ușoară decât organizarea unei linii pentru transportul și încărcarea gunoiului de grajd.

Bioreactor

Există cerințe destul de stricte pentru rezervoarele de procesare a gunoiului de grajd:

Toate aceste cerințe pentru construcția unei instalații de biogaz trebuie îndeplinite, deoarece asigură siguranță și creează condiții normale pentru procesarea gunoiului de grajd în biogaz.

Din ce materiale poate fi realizat?

Rezistența la medii agresive este principala cerință pentru materialele din care pot fi realizate recipientele. Substratul din bioreactor poate fi acid sau alcalin. În consecință, materialul din care este fabricat recipientul trebuie să tolereze bine diverse medii.

Nu multe materiale îndeplinesc aceste solicitări. Primul lucru care îmi vine în minte este metalul. Este durabil și poate fi folosit pentru a face recipiente de orice formă. Lucrul bun este că puteți folosi un container gata făcut - un rezervor vechi. În acest caz, construcția unei centrale de biogaz va dura foarte puțin. Dezavantajul metalului este că reacționează cu substanțele chimice substanțe activeși începe să se prăbușească. Pentru a neutraliza acest dezavantaj, metalul este acoperit cu un strat protector.

O opțiune excelentă este un recipient bioreactor din polimer. Plasticul este neutru din punct de vedere chimic, nu putrezește, nu ruginește. Trebuie doar să alegeți dintre materiale care pot rezista la îngheț și la încălzire la temperaturi destul de ridicate. Pereții reactorului trebuie să fie groși, de preferință armați cu fibră de sticlă. Astfel de containere nu sunt ieftine, dar durează mult timp.

O opțiune mai ieftină este o instalație de biogaz cu un container din cărămizi, blocuri de beton sau piatră. Pentru ca zidaria sa reziste la sarcini mari, este necesara armarea zidariei (la fiecare 3-5 randuri, in functie de grosimea peretelui si de material). După finalizarea procesului de construcție a pereților, pentru a asigura impermeabilitatea la apă și gaze, este necesară tratarea ulterioară în mai multe straturi a pereților atât în ​​interior, cât și în exterior. Pereții sunt tencuiți cu o compoziție de ciment-nisip cu aditivi (aditivi) care asigură proprietățile necesare.

Dimensionarea reactorului

Volumul reactorului depinde de temperatura selectată pentru procesarea gunoiului de grajd în biogaz. Cel mai adesea, se alege mezofil - este mai ușor de întreținut și permite posibilitatea reîncărcării zilnice a reactorului. Producția de biogaz după atingerea modului normal (aproximativ 2 zile) este stabilă, fără supratensiuni sau scăderi (când se creează condiții normale). În acest caz, are sens să se calculeze volumul instalației de biogaz în funcție de cantitatea de gunoi de grajd generată în fermă pe zi. Totul este ușor de calculat pe baza datelor statistice medii.

Descompunerea gunoiului de grajd la temperaturi mezofile durează de la 10 la 20 de zile. În consecință, volumul este calculat prin înmulțirea cu 10 sau 20. La calcul, este necesar să se țină cont de cantitatea de apă necesară pentru a aduce substratul într-o stare ideală - umiditatea acestuia ar trebui să fie de 85-90%. Volumul găsit este crescut cu 50%, deoarece sarcina maximă nu trebuie să depășească 2/3 din volumul rezervorului - gazul ar trebui să se acumuleze sub tavan.

De exemplu, la o fermă sunt 5 vaci, 10 porci și 40 de găini. Practic, 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Pentru a aduce excremente de pui la o umiditate de 85% trebuie să adăugați puțin mai mult de 5 litri de apă (adică încă 5 kg). Greutatea totală este de 331,8 kg. Pentru prelucrare in 20 de zile ai nevoie de: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - aproximativ 7 metri cubi doar pentru substrat. Înmulțim cifra găsită cu 1,5 (creștere cu 50%), obținem 10,5 metri cubi. Aceasta va fi valoarea calculată a volumului reactorului instalației de biogaz.

Trapele de încărcare și descărcare duc direct în rezervorul bioreactorului. Pentru ca substratul să fie distribuit uniform pe întreaga zonă, acestea sunt realizate la capete opuse ale recipientului.

La instalarea în profunzime a unei instalații de biogaz, conductele de încărcare și descărcare se apropie de corp într-un unghi ascuțit. În plus, capătul inferior al conductei ar trebui să fie sub nivelul lichidului din reactor. Acest lucru împiedică intrarea aerului în recipient. De asemenea, pe țevi sunt instalate supape rotative sau de închidere, care sunt închise în poziție normală. Se deschid numai în timpul încărcării sau descărcarii.

Deoarece gunoiul de grajd poate conține fragmente mari (elemente de așternut, tulpini de iarbă etc.), țevile de diametru mic se vor înfunda adesea. Așadar, pentru încărcare și descărcare, acestea trebuie să aibă un diametru de 20-30 cm.Trebuie instalate înainte de începerea lucrărilor de izolație a instalației de biogaz, dar după ce containerul este montat la loc.

Cel mai convenabil mod de funcționare al unei instalații de biogaz este încărcarea și descărcarea regulată a substratului. Această operație poate fi efectuată o dată pe zi sau o dată la două zile. Gunoiul de grajd și alte componente sunt colectate în prealabil într-un rezervor de stocare, unde sunt aduse în starea necesară - zdrobite, dacă este necesar, umezite și amestecate. Pentru comoditate, acest recipient poate avea un agitator mecanic. Substratul pregătit este turnat în trapa de primire. Dacă plasați recipientul de primire la soare, substratul va fi preîncălzit, ceea ce va reduce costul menținerii temperaturii necesare.

Este recomandabil să se calculeze adâncimea de instalare a buncărului de primire, astfel încât deșeurile să curgă în el prin gravitație. Același lucru este valabil și pentru descărcarea în bioreactor. Cel mai bun caz este dacă substratul pregătit se mișcă prin gravitație. Și un oblon îl va îngrădi în timpul pregătirii.

Pentru a asigura etanșeitatea instalației de biogaz, trapele de pe buncărul de primire și din zona de descărcare trebuie să aibă o garnitură de cauciuc de etanșare. Cu cât este mai puțin aer în recipient, cu atât gazul va fi mai curat la ieșire.

Colectarea și îndepărtarea biogazului

Biogazul este îndepărtat din reactor printr-o conductă, al cărei capăt este sub acoperiș, celălalt este de obicei coborât într-un sigiliu de apă. Acesta este un recipient cu apă în care este evacuat biogazul rezultat. Există o a doua țeavă în sigiliul de apă - este situată deasupra nivelului lichidului. Biogaz mai curat iese în el. O supapă de închidere a gazului este instalată la ieșirea din bioreactorul lor. Cea mai bună opțiune- sferice.

Ce materiale pot fi folosite pentru sistemul de transport al gazelor? Conducte metalice galvanizate si conducte de gaz din HDPE sau PPR. Acestea trebuie să asigure etanșeitatea; cusăturile și îmbinările sunt verificate cu spumă de săpun. Întreaga conductă este asamblată din țevi și fitinguri de același diametru. Fără contracții sau expansiuni.

Curățare de impurități

Compoziția aproximativă a biogazului rezultat este:

• metan - până la 60%;
• dioxid de carbon - 35%;
• alte substanțe gazoase (inclusiv hidrogen sulfurat, care dă gazului un miros neplăcut) - 5%.

Pentru ca biogazul să fie inodor și să ardă bine, este necesar să se elimine dioxidul de carbon, hidrogenul sulfurat și vaporii de apă din acesta. Dioxidul de carbon este îndepărtat într-un sigiliu de apă dacă se adaugă var stins pe fundul instalației. Un astfel de marcaj va trebui schimbat periodic (de îndată ce gazul începe să ardă mai rău, este timpul să îl schimbați).

Uscarea cu gaze se poate face în două moduri - prin realizarea de etanșări cu apă în conducta de gaz - prin introducerea secțiunilor curbate în conductă sub garniturile de apă, în care se va acumula condens. Dezavantajul acestei metode este necesitatea de a goli regulat sigiliul de apă - dacă există o cantitate mare de apă colectată, poate bloca trecerea gazului.

A doua modalitate este instalarea unui filtru cu silicagel. Principiul este același ca și în cazul unui sigiliu cu apă - gazul este furnizat gelului de silice și uscat de sub capac. Cu această metodă de uscare a biogazului, gelul de silice trebuie uscat periodic. Pentru a face acest lucru, trebuie să-l încălziți în cuptorul cu microunde pentru ceva timp. Se încălzește și umiditatea se evaporă. Puteți să-l umpleți și să îl utilizați din nou.

Pentru a îndepărta hidrogenul sulfurat, se folosește un filtru încărcat cu așchii de metal. Puteți încărca în container vechile cuveți de metal. Purificarea are loc exact în același mod: gazul este furnizat în partea inferioară a recipientului umplut cu metal. Pe măsură ce trece, este curățat de hidrogen sulfurat, colectat în partea superioară liberă a filtrului, de unde este evacuat printr-o altă țeavă/furtun.

Rezervor de gaz și compresor

Biogazul purificat intră într-un rezervor de stocare - un suport de gaz. Aceasta poate fi o pungă de plastic sigilată sau un recipient de plastic. Condiția principală este etanșeitatea la gaz; forma și materialul nu contează. Suportul de gaz stochează o sursă de biogaz. Din acesta, cu ajutorul unui compresor, gaz sub o anumită presiune (setată de compresor) este furnizat consumatorului - aragazului sau cazanului. Acest gaz poate fi folosit și pentru a genera energie electrică folosind un generator.

Pentru a crea o presiune stabilă în sistem după compresor, este recomandabil să instalați un receptor - un dispozitiv mic pentru nivelarea supratensiunii.

Dispozitive de amestecare

Pentru ca instalația de biogaz să funcționeze normal, este necesar să amestecați în mod regulat lichidul în bioreactor. Acest proces simplu rezolvă multe probleme:

• amestecă o porțiune proaspătă a încărcăturii cu o colonie de bacterii;
• favorizează eliberarea gazului produs;
• egalizează temperatura lichidului, excluzând zonele mai calde și mai reci;
• mentine omogenitatea substratului, impiedicand tasarea sau plutirea unor componente.

De obicei, o mică fabrică de biogaz de casă are agitatoare mecanice care sunt conduse de puterea musculară. În sistemele cu volum mare, agitatoarele pot fi acționate de motoare care sunt activate de un temporizator.

A doua metodă este de a agita lichidul trecând o parte din gazul generat prin el. Pentru a face acest lucru, după ieșirea din metatanc, este instalat un T și o parte din gaz curge în partea inferioară a reactorului, de unde iese printr-un tub cu găuri. Această parte a gazului nu poate fi considerată un consum, deoarece încă intră din nou în sistem și, ca urmare, ajunge în rezervorul de gaz.

A treia metodă de amestecare este utilizarea pompelor fecale pentru a pompa substratul din partea inferioară și a-l turna în partea de sus. Dezavantajul acestei metode este dependența sa de disponibilitatea energiei electrice.

Sistem de incalzire si izolare termica

Fără încălzirea lichidului procesat, bacteriile psihofile se vor înmulți. Procesul de procesare în acest caz va dura 30 de zile, iar producția de gaz va fi mică. Vara, dacă există izolație termică și preîncălzire a încărcăturii, este posibil să se ajungă la temperaturi de până la 40 de grade, când începe dezvoltarea bacteriilor mezofile, dar iarna o astfel de instalație este practic inoperabilă - procesele decurg foarte lent. . La temperaturi sub +5°C practic îngheață.

Ce să încălziți și unde să-l amplasați

Pentru obtinerea cele mai bune rezultate utilizați încălzirea. Cea mai rațională este încălzirea apei de la un cazan. Centrala poate functiona pe energie electrica, solida sau combustibil lichid, îl puteți rula și pe biogazul produs. Temperatura maximă la care apa trebuie încălzită este de +60°C. Țevile mai fierbinți pot face ca particulele să se lipească de suprafață, reducând eficiența încălzirii.

De asemenea, puteți utiliza încălzirea directă - introduceți elemente de încălzire, dar în primul rând, este dificil să organizați amestecarea, în al doilea rând, substratul se va lipi de suprafață, reducând transferul de căldură, elementele de încălzire se vor arde rapid.

O instalație de biogaz poate fi încălzită folosind radiatoare de încălzire standard, pur și simplu țevi răsucite într-o bobină sau registre sudate. Este mai bine să folosiți țevi de polimer - metal-plastic sau polipropilenă. De asemenea, țevile ondulate din oțel inoxidabil sunt potrivite; sunt mai ușor de instalat, în special în bioreactoarele verticale cilindrice, dar suprafața ondulată provoacă lipirea sedimentelor, ceea ce nu este foarte bun pentru transferul de căldură.

Pentru a reduce posibilitatea depunerii particulelor pe elementele de încălzire, acestea sunt amplasate în zona agitatorului. Numai în acest caz totul trebuie proiectat astfel încât mixerul să nu atingă țevile. Se pare adesea că este mai bine să plasați încălzitoarele în partea de jos, dar practica a arătat că din cauza sedimentelor de pe fund, o astfel de încălzire este ineficientă. Așadar, este mai rațional să amplasezi încălzitoare pe pereții metatancului unei instalații de biogaz.

Metode de încălzire a apei

În funcție de metoda de aranjare a conductelor, încălzirea poate fi externă sau internă. Când este instalată intern, încălzirea este eficientă, dar repararea și întreținerea încălzitoarelor este imposibilă fără oprirea și pomparea sistemului. Prin urmare, se acordă o atenție deosebită selecției materialelor și calității conexiunilor.

Încălzirea crește productivitatea instalației de biogaz și reduce timpul de procesare a materiilor prime

Când încălzitoarele sunt amplasate în exterior, este necesară mai multă căldură (costul de încălzire a conținutului unei instalații de biogaz este mult mai mare), deoarece se cheltuiește multă căldură pentru încălzirea pereților. Dar sistemul este întotdeauna disponibil pentru reparații, iar încălzirea este mai uniformă, deoarece mediul este încălzit de pereți. Un alt avantaj al acestei soluții este că agitatoarele nu pot deteriora sistemul de încălzire.

Cum să izolați

Mai întâi, se toarnă un strat de nisip de nivelare pe fundul gropii, apoi un strat termoizolant. Poate fi argilă amestecată cu paie și argilă expandată, zgură. Toate aceste componente pot fi amestecate și turnate în straturi separate. Sunt nivelate până la orizont și se instalează capacitatea instalației de biogaz.

Laturile bioreactorului pot fi izolate cu materiale moderne sau cu metode clasice de modă veche. Una dintre metodele de modă veche este acoperirea cu lut și paie. Aplicați în mai multe straturi.

Din materiale moderne puteți folosi spumă de polistiren extrudat de înaltă densitate, blocuri de beton celular cu densitate scăzută, . Cea mai avansată tehnologic în acest caz este spuma poliuretanică (PPU), dar serviciile pentru aplicarea acesteia nu sunt ieftine. Dar rezultatul este izolarea termică fără sudură, care minimizează costurile de încălzire. Există un alt material termoizolant - sticla spumă. Este foarte scump în plăci, dar așchiile sau firimiturile sale costă foarte puțin, iar din punct de vedere al caracteristicilor este aproape ideal: nu absoarbe umezeala, nu se teme de îngheț, tolerează bine sarcinile statice și are conductivitate termică scăzută.

În total, în lume sunt utilizate sau dezvoltate în prezent aproximativ 60 de tipuri de tehnologii de producere a biogazului. Cea mai comună metodă este digestia anaerobă în digestoare, fără acces la aer, sau în coloane anaerobe. O parte din energia obținută din utilizarea biogazului este utilizată pentru întreținerea procesului. În țările cu climă caldă nu este nevoie să încălziți digestorul. Bacteriile transformă biomasa în metan la temperaturi de la 25 la 200°C. Procesul se bazează pe descompunerea (putrezirea) sub influența bacteriilor aparținând a două mari familii: acidogeni și metanogene, deșeuri solide presortate (deșeuri organice, murdărie groasă) în recipiente metalice fără acces la aer. temperatura medie aproximativ +55°C. Gazul rezultat este furnizat sub presiune sistemului de purificare și apoi eliberat în două componente SCC (metan) și CO2 (dioxid de carbon). Biogazul este format din 55-75% metan CH4, 25-45% CO 2, inclusiv mici impurități de H 2, H 2 S și substanțe organice. Perioada de formare a biogazului de înaltă calitate este de 7-15 zile.

Producția de biogaz ajută la prevenirea emisiilor de metan în atmosferă. Metanul are un impact (efect de seră) de 21 de ori mai puternic decât CO 2 și rămâne în atmosferă timp de 12 ani. Captarea și utilizarea metanului este cea mai bună modalitate pe termen scurt de a preveni încălzirea globală.

Rusia acumulează anual până la 300 de milioane de tone de deșeuri organice echivalente uscate: 250 de milioane de tone în producția agricolă, 50 de milioane de tone sub formă de deșeuri menajere. Aceste deșeuri sunt materia primă pentru producția de biogaz. Volumul potențial de biogaz produs anual ar putea fi de 90 miliarde m3.

Biogazul este colectat, prevenind poluarea aerului și folosit ca combustibil pentru a produce energie electrică, căldură sau abur sau ca combustibil pentru automobile. În India, Vietnam, Nepal și alte țări se construiesc centrale de biogaz mici (unifamiliale). Gazul produs în ele este folosit pentru gătit. La sfârșitul anului 1990, China producea aproximativ 7 miliarde m3 de biogaz pe an. În 2006, acest volum a crescut la 15 miliarde m3.

Dintre țările industrializate, Danemarca ocupă locul lider în producția și utilizarea biogazului - biogazul ocupă până la 18% din bilanțul total energetic. În Europa de Vest, cel puțin jumătate din toate fermele de păsări sunt încălzite cu biogaz.

Volvo și Scania produc autobuze cu motoare cu biogaz. Astfel de autobuze sunt utilizate în mod activ în orașele Elveției: Berna, Basel, Geneva, Lucerna și Lausanne. Conform previziunilor Asociației Elvețiene a Industriei Gazelor, până în 2010, 10% din vehiculele elvețiene vor funcționa cu biogaz.

Luând în considerare condițiile noastre, metanul produs din biogaz, sau biogazul în forma sa principală, poate fi folosit ca combustibil pentru cazane mici, vehicule și pentru generarea de energie electrică. Alături de instalația de procesare a deșeurilor solide, se preconizează construirea de module - sere pentru cultivarea culturilor agricole, legume și ierburi.

Metanul separat de biogaz este o materie primă pentru producerea multor produse valoroase ale industriei chimice - metanol, formaldehidă, acetilenă, disulfură de carbon, cloroform, acid cianhidric, funingine

Din 1 tonă de deșeuri municipale solide și lichide se obțin 521 m 3 de biogaz folosind tehnologia de digestie anaerobă (HSAD). Metanul pur are o putere calorică de aproximativ 35,9 MJ/m3 la 0°C și 101,3 kPa. 1 milion de unitate termică britanică Btu (MJ) corespunde la 293 kWh.

Să luăm în considerare un exemplu de calcule pentru producția de gaz în conformitate cu tehnologia americană de digestie anaerobă HSAD. Disponibil 100 de tone deseuri municipale:

• 45% deșeuri pentru digestie (nămol fecal, deșeuri menajere, carton)
• 55% deșeuri pentru sortare (sticlă, metal, plastic, lemn, minerale)
• 45 de tone de deșeuri = 18800 m 3 de biogaz (80% standard regenerabil)
• 11300 m 3 metan (60%) sau 398 milioane Btu;
• 5400 m 3 С0 2 (30%).

La o eficiență de 35%, 60% metan produce 139 milioane Btu sau 40.727 kW pe zi.

Din 137 de tone de deșeuri se produc următoarele:

• 2525600 de tone de compost pe an
• 22,9 milioane de litri de metan sau 17 tone pe zi (65% din masa totală de gaz produsă, 30% - CO 2 )
• 810 milioane Btu pe zi.

Randamentul de biogaz la 1 tonă de materie absolut uscată depinde de tipul de materie primă utilizată. Din punct de vedere economic, este cel mai justificat obținerea de biogaz din deșeurile de la fermele de animale. O tonă de gunoi de grajd de bovine produce 200-350 m 3 de biogaz cu un conținut de metan de 60%, 300-630 m 3 de biogaz din diverse tipuri de instalații cu un conținut de metan de până la 70%.

Calculele biogazului folosesc chiar și conceptul de „unitate animală” pentru a putea compara cantitatea de biogaz produsă din gunoiul de grajd al diferitelor animale. O unitate animală produce aproximativ 0,5 m 3 de biogaz pe zi. O unitate animală corespunde 1 vacă adultă / 5 viței / 6 porci / 250 pui.

Materii prime pentru prelucrare în biogaz: deșeuri industria cărnii, deșeuri municipale lichide, deșeuri agricole, deșeuri de lemn, carton, deșeuri alimentare, deșeuri organice - iarbă, paie, frunze, ace de pin, gunoi de grajd, nămol de fecale, deșeuri menajere, carton. Produs final prelucrare: biogaz, compost de înaltă calitate.

În prezent, cantitatea totală de metan din atmosferă este estimată la 4600-5000 Tg (Tg = 1012 g, sau 1 Tg de metan corespunde la 1012 grame de dioxid de carbon). Deoarece metanul are cu siguranță un efect de seră mai puternic decât dioxidul de carbon, emisiile lor au fost comparate recalculând efectul metanului și efectul CO? folosind așa-numitul echivalent CO? (o tonă de metan emisă este echivalentă cu 23 de tone de CO emise? pe o scară de timp de 100 de ani). ÎN emisfera sudica concentrațiile de metan sunt ușor mai mici decât în ​​emisfera nordică. Această diferență este de obicei atribuită puterii mai mici a surselor de metan din emisfera sudică: se crede că principalele surse de metan sunt situate pe continente, iar oceanele nu au o contribuție semnificativă la fluxul global de metan. Durata de viață a metanului în atmosferă este de 8-12 ani.

Metanul intră în atmosferă atât din surse naturale, cât și din surse antropice. Puterea surselor antropice depășește în prezent semnificativ puterea celor naturale. LA sursele naturale metanul include mlaștini, tundră, rezervoare, insecte (în principal termite), hidrați de metan, procese geochimice (erupții vulcanice); antropice - câmpuri de orez, mine, animale, pierderi în timpul producției de gaze și petrol, arderea biomasei, gropi de gunoi.

Intensitatea eliberării metanului din mlaștini variază foarte mult. Emisiile de metan din vest mlaștini siberiene care sunt suficiente reprezentant tipic mlaștinile nordice, determinate prin metode de cromatografie gazoasă, este de aproximativ 9 mg metan pe oră/m2. În medie, emisiile de metan din mlaștini siberiene pot ajunge la 20 Tg/an, ceea ce este destul de mare în comparație cu fluxul total de metan din mlaștini (50-70 Tg).

Numărul de vite din lume este de aproximativ 1,5 miliarde de capete. O vaca produce aproximativ 250 de litri de metan pur pe zi. Această cantitate de metan este suficientă pentru a fierbe 20 de litri de apă. ÎN țările dezvoltate Aproximativ 1,8 kg de gunoi pe zi de persoană sunt aruncate în gropile de gunoi; în Rusia, respectiv 0,6 kg. Aproximativ 10% din această masă poate fi transformată în metan. În consecință, Rusia produce 60 g de metan pe zi de persoană.

Mai sus a fost un exemplu de tehnologie americană de digestie anaerobă, care dă rezultate bune prin producția de biogaz. Experiența internă arată că, în medie, descompunerea unei tone de deșeuri solide poate produce 100-200 m 3 de biogaz. În funcție de conținutul de metan căldură mai mică arderea biogazului de la depozitul de deșeuri este de 18-24 MJ/m 3 (aproximativ jumătate valoare calorica gaz natural).

Emisii anuale de metan din depozitele de gunoi glob comparabilă cu puterea unor surse cunoscute de metan precum mlaștini, minele de cărbune etc. Astăzi există o problemă acută de stabilizare a concentrației în atmosferă a acestui gaz, una dintre principalele surse planetare ale efectului de seră. Prin urmare, se dobândește utilizarea biogazului din deșeurile menajere o importanță vitală pentru a reduce emisiile antropice de metan. În plus, metanul provoacă arderea spontană a depozitelor de gunoi, deoarece interacțiunea sa cu aerul creează amestecuri inflamabile și explozive, ceea ce duce la o poluare severă a atmosferei cu substanțe toxice.

Deoarece procesul de descompunere a deșeurilor continuă timp de multe decenii, depozitul de deșeuri poate fi considerat o sursă stabilă de biogaz. Emisiile de biogaz dintr-un depozit, în funcție de volumul masei depozitului de deșeuri, pot varia de la câteva zeci de l/s (depozite mici) până la câțiva m3/s (depozite mari). Amploarea și stabilitatea formării, amplasarea în zonele urbanizate și costul scăzut de producție fac din biogazul produs la depozitele de deșeuri solide una dintre sursele promițătoare de energie pentru nevoile locale. După cum se arată mai sus, utilizarea biogazului la depozitele de deșeuri solide necesită amenajarea inginerească a depozitului (crearea unui ecran izolator, puțuri de gaz, sistem de colectare a gazelor etc.). Aceasta rezolvă problema principală a protecției mediu inconjuratorîn mediul urban – asigurarea curăţeniei aerul atmosfericși prevenirea poluării apelor subterane.

Biogazul generat la gropile de gunoi încă de la începutul anilor 1980. Este extras intens în multe țări. În prezent, cantitatea totală de biogaz utilizată este de aproximativ 1,2 miliarde m 3 /an, ceea ce echivalează cu 429 mii tone de metan, sau 1% din emisiile sale globale.

În Germania, 409 mari depozite de deșeuri municipale au puncte de colectare pentru biogazul generat prin descompunerea componentelor organice ale deșeurilor. În medie, aproximativ 100 m 3 de biogaz sunt produse din 1 tonă de deșeuri la gropile de gunoi din Germania. Cu un volum total de biogaz eliberat din gropile de gunoi în valoare de 4 miliarde m 3 /an (ceea ce echivalează cu 2 miliarde m 3 de gaze naturale), consumul său util este de aproximativ 400 milioane m 3 /an. Biogazul, după purificarea sa, este folosit pentru a obține energie electrică și termică utilizată în scopuri industriale și în sistemele de încălzire. Cantitatea de biogaz generată în depozitele de deșeuri variază de la 10 la 1200 m 3 /h. Puterea instalațiilor pentru producerea energiei electrice din biogaz variază de la zeci de kW la câteva mii de kW, ceea ce face posibilă furnizarea energiei din mai multe case unui mic sat. Biogazul este adesea folosit ca combustibil în centrale electrice cu motoare cu ardere internă (ICE). Costul energiei obținute din motoarele cu ardere este de aproximativ 2-2,5 ori mai mic decât tarifele de energie electrică pentru populație.

În SUA, volumul actual de producție de biogaz este de 500 milioane m 3 /an. O parte semnificativă a biogazului este furnizată centralelor electrice care funcționează cu combustibil gazos. Puterea electrică totală a instalațiilor pe biogaz este de aproximativ 200 MW. În plus, biogazul este furnizat din ce în ce mai mult rețelelor publice de gaze.

În Marea Britanie, se produc aproximativ 200 milioane m 3 /an de biogaz. Capacitatea totală a sistemelor de bioenergie din Marea Britanie este de aproximativ 80 MW.

În Franța, se produc aproximativ 40 milioane m 3 /an de biogaz. La una dintre gropile de gunoi de lângă Paris a fost construită o Centrală Biotermală, folosind biogaz, a cărui emisie este de 1500 m 3 /zi.

În Ucraina, aproximativ 10 milioane de tone de deșeuri menajere sunt generate anual în orașe. Peste 90% din deșeurile solide sunt transportate în 655 de depozite și gropi de gunoi, dintre care 140 sunt adecvate pentru extracția și utilizarea gazelor de depozit. Potențialul gazelor de depozit este de aproximativ 400 milioane m 3 /an.

Utilizarea biogazului este foarte promițătoare pentru Rusia, deoarece aproximativ 97% din cele 30 de milioane de tone de deșeuri generate anual sunt îngropate în gropi de gunoi și depozite organizate. Există peste 1.300 de depozite de deșeuri solide în funcțiune în Rusia. Emisia anuală de metan din gropile de gunoi din Rusia este estimată la 1,1 miliarde m3 (788 mii tone), ceea ce reprezintă aproape dublul consumului actual din lume.

În prezent, biogazul de la depozitul de deșeuri nu este practic utilizat în Rusia. Ca parte a proiectului ruso-olandez în perioada 1995-1997. La depozitele Dashkovka și Kargashino, situate în regiunea Moscova, au fost construite două instalații pilot pentru producerea și utilizarea biogazului. Rezultatele obținute arată că la un depozit mediu din regiunea Moscovei se formează până la 600-800 m 3 /h de biogaz, ceea ce face posibilă generarea de energie electrică în cantitate de 3500-4400 MWh/an. Calculele tehnice și economice efectuate pe baza datelor experimentale au confirmat eficiența producției de metan la depozitele de gunoi în Rusia, unde pot fi implementate sute de proiecte profitabile din punct de vedere economic.

În Sankt Petersburg se generează anual aproximativ 5 milioane de metri cubi de deșeuri solide, din care aproximativ 80% sunt aruncate la trei depozite existente. Cel mai preferat depozit pentru utilizarea biogazului este depozitul Volkhonsky PTO-1, unul dintre cele mai mari din Rusia. Acest depozit elimină în principal deșeuri menajere; capacitatea sa este aproape epuizată; sunt planificate lucrări de recuperare, care pot fi combinate cu crearea unui sistem de biogaz. Calculele au arătat că emisiile de metan preconizate vor fi suficiente pentru a funcționa o centrală termică cu o capacitate de 2000 kW timp de 20-25 de ani. În plus, în regiunea Leningrad există 55 de gropi de gunoi organizate, unde anual sunt eliminate aproximativ 1 milion de m3 de deșeuri solide. În ciuda volumelor relativ mici de eliminare a deșeurilor, producția de biogaz într-un număr de gropi de gunoi poate fi profitabilă datorită costului ridicat al combustibilului.

Orez. 72.

Descompunerea anaerobă a materiei organice în depozitele de gunoi are loc sub influența bacteriilor metanogene și duce la eliberarea de metan, reprezentând 5-20% din totalul emisiei globale a acestui gaz în atmosferă.

După cum sa indicat deja, formarea gazelor la depozitele de deșeuri menajere este asociată cu apariția reacțiilor microbiologice anaerobe cu componentele organice ale deșeurilor menajere. Aceste gaze conțin în principal metan, dioxid de carbon și azot. În plus, se formează gaze urât mirositoare - hidrogen sulfurat (H 2 S), mercaptani (R-SH), aldehide (R-CHO) în concentrații diferite. Compoziția gazului depinde de durata de depozitare și de faza de fermentație. Faza aerobă are loc pe o perioadă de câteva săptămâni, în timp ce fermentarea acidului anaerobic (putrezirea) poate continua câțiva ani. În fig. 72 prezintă fazele individuale ale fermentației. Eliberarea specifică de gaze la depozitele de deșeuri din Germania este estimată la 60-180 m 3 /t de deșeuri.

Orez. 73. Una dintre schemele de oxidare a deșeurilor organice