Принцип работы и проектирование биогазовых установок

Поиск альтернативных видов топлива — тема, которая волнует людей уже несколько десятилетий. Причины такого интереса — постепенное и неизбежное истощение ресурсов планеты, счета за электроэнергию и газ, неизменно растущие каждый год. Помимо использования тепловой энергии солнца есть еще один довольно перспективный природный вид топлива. Это биогаз, ведь его можно получать, а потом использовать, не прибегая к чьей-либо помощи. Задача еще более упростится, если в хозяйстве есть домашний скот. Познакомиться с этой альтернативой, узнать о том, как должно проходить проектирование биогазовых установок, не мешает всем, кто заботится о будущем: своем, своих детей и внуков.

Что такое газ с приставкой «био»?

Биогаз — продукт, получаемый в результате разложения органических веществ (например, навоза). Когда происходит процесс брожения (гниения), выделяются газы. Их нерационально «пускать на самотек»: их можно собрать, а потом понемногу расходовать на собственные нужды. То оборудование, в котором этот естественный процесс осуществляется, и называют «биогазовой установкой».

Если биологического газа получается слишком много, то его хранят в газгольдерах, чтобы использовать по мере необходимости. Другая возможность — продажа топлива. Побочным продуктом такого производства является безопасное, эффективное удобрение — перебродившие остатки. Ими хозяева пользуются для удобрения своих участков, или, если его количество слишком большое, продают.

Образование биогаза происходит благодаря жизнедеятельности разнообразных бактерий, присутствующих в органических отходах. Чтобы их работа была максимально эффективной, микроорганизмам необходимо обеспечить идеальные «условия труда» — определенную температуру и влажность. Их гарантирует создание биогазовой установки. Это оборудование включает комплекс устройств, главное из них — биореактор. В нем происходит разложение массы, оно сопровождается газообразованием.

Принцип работы биогазовой установки

Проектирование биогазовых установок — процесс, который требует предварительного изучения их работы, поэтому сначала нужно познакомиться с возможными режимами работы биологического оборудования.

Методы получения своего газа

Их существует три. Отличаются режимы температурой, которая напрямую влияет на качество и количество конечного продукта.

1. Психрофильный (не «психофильный»). Психрофилы или криофилы — бактерии, которые могут размножаться только при относительно низкой температуре. Она в биогазовой установке в этом случае минимальна — от 5 до 25°. Условия эти неблагоприятны: разложение происходит медленными темпами, газа образуется мало, а сам он получается довольно низкого качества.
2. Мезофильный. При этом режиме температура в камере значительно выше: она составляет от 25 до 45°. Эти условия идеальны для размножения мезофильных бактерий, предпочитающих умеренную температуру: ни жаркую, ни холодную. Процесс переработки отнимает гораздо меньше времени (10-20 дней), а количество газа увеличивается.
3. Термофильный. Бактерии, любящие высокую температуру, активно размножаются при 45-50° или выше. В этом случае производство занимает всего 3-5 дней, а выход газа максимальный. Если создать микроорганизмам идеальные условия, то 1 кг навоза сможет превратиться в 4,5 литра биогаза.

Большинство таблиц, относящихся к выходу газа, даны именно для термофильного режима, поэтому при выборе другого метода надо корректировать данные в меньшую сторону. Последний способ обещает высокую эффективность, однако для реализации он самый сложный.

Процесс активного газообразования при термофильном методе начинается спустя 12 дней. Но даже незначительные перепады температуры (снижение на 2°) приводят к уменьшенному выходу газа. При психрофильном способе скорость переработки небольшая: образование большого количества биогаза начинается спустя 30-80 дней.

Чтобы создать такую биогазовую установку, необходима качественная теплоизоляция комплекса, постоянный подогрев и приборы для контроля температуры. Оборудование обеспечит самый большой выход газообразного продукта, однако небольшой минус у термофильного метода есть: это невозможность добавлять отходы, если переработка уже началась.

Принцип действия системы

Как уже было сказано, биогаз получают благодаря воздействию на органические отходы различных бактерий: гидролизных, кислото- или метанобразующих. Конечный продукт — биогаз, в котором присутствуют метан, углекислый газ и разные примеси (азот, аммиак, сероводород и т. д.).

Работает биогазовая установка таким образом:

1. В накопительные емкости помещают различные органические отходы. Это продукты жизнедеятельности домашнего скота и птицы, пищевые отходы, отходы лесопереработки.
2. Крупное сырье сначала измельчают. Потом жидкие (их перекачивают насосами) и твердые продукты (перемещают транспортерами) попадают в переходную емкость, где их перед дальнейшим «путешествием» дополнительно нагревают.
3. Полностью подготовленная биомасса поступает в главную емкость — в биореактор. Он должен быть абсолютно герметичным, кислотостойким, надежным. Прочность этой камеры — та характеристика, которая даст возможность получить качественный продукт.
4. В биореакторе, оборудованном устройствами для подогрева и перемешивания, сырье начинает бродить и разлагаться. Оптимальной считается температура 40°. Через некоторое время в бункере начинает скапливаться газ, образовываться удобрения.
5. Готовый биогаз следует в газгольдер, который может стоять отдельно, или быть расположенным в одном корпусе с реактором. Затем он, благодаря создаваемому в «держателе газа» давлению, следует в систему очистки, после нее — к потребителю.

Готовые биоудобрения отправляются в накопитель, в сепараторе они разделяются на твердые и жидкие продукты. Было проведено специальное исследование, которое доказало эффективность удобрений, перебродивших таким (анаэробным, без доступа воздуха) способом. Урожайность с их использованием повышается на 20-30%.

Газ и сырье для его получения

Главной составляющей биогаза является метан, его доля составляет около 60% всего объема. Примерно треть (35%) — углекислый газ. Оставшиеся 5% делят между собой другие вещества (например, водород, сероводород, азот). Биогаз, полученный таким способом, практически ничем не отличается от природного «коллеги», который повсеместно используется для бытовых и примышленных нужд.

Биогазовая установка работает благодаря бактериям: гидролизным, кислотообразующим и метанобразующим — метаногенам. Каждый вид микроорганизмов последовательно выполняет свой этап работы. Горючие газы образуются из любых остатков растительного, животного происхождения. Но главный поставщик замечательных бактерий — крупный рогатый скот, в кишечнике которого обитает эта естественная микрофлора. Микроорганизмы выводятся наружу с навозом. Именно он и является главным сырьем для биогазовых (газогенераторных) установок.

Сначала в емкость помещают навоз, однако к нему можно добавлять любые органические отходы. Например, для переработки подойдут экскременты других животных или домашних птиц, растения, очистки от овощей, опилки, пищевые отходы. Растительные остатки сначала измельчают, разбавляют водой, а затем перемешивают. Чтобы получить не только газ, но и ценнейшее удобрение, нужно обеспечить одно обязательное условие — отсутствие доступа для воздуха.

Есть вещества, которые способны не только снизить, но и остановить деятельность бактерий. Например, любые химические примеси не допускаются. Запрещены даже малые доли антибиотиков, растворителей, синтетических моющих средств. Нельзя закладывать заплесневелые продукты и смолы, поэтому опилки хвойных деревьев использовать тоже не рекомендуют. Все отходы обязаны быть свежими либо предварительно просушенными. Уже гниющий навоз недопустим.

Эффективность биогазовой установки в большей степени зависит от качества, вида сырья. Считают, что максимальный выход гарантирует индюшачий помет и свиной навоз, меньшее количество газа получают из коровьих экскрементов и силоса. При одинаковой массе загрузки.

Большой объем воды — противопоказание. Максимальная влажность 95% уже цифра критическая. Навоз и отходы советуют разводить чистой водой до консистенции, которую имеет негустая манная каша.

Плюсы и минусы биологического способа

Проектирование биогазовых установок — этап ответственный, поэтому перед принятием окончательного решения лучше взвесить все «за» и «против» этого метода.

К достоинствам такого производства относится:

1. Рациональная утилизация органических отходов. Благодаря установке можно пустить в дело то, что в другом случае осталось бы просто мусором, загрязняющим окружающую среду.
2. Неистощимость сырьевых запасов. Природный газ и уголь рано или поздно закончится, однако у тех, кто имеет собственное хозяйство, необходимые отходы будут появляться постоянно.
3. Небольшое количество углекислого газа. Он выделяется в атмосферу при использовании биогаза, однако диоксид углерода не может негативно повлиять на экологическую обстановку.
4. Бесперебойная и эффективная работа биогазовых установок. В отличие от солнечных коллекторов или ветряков, производство биогаза никак не зависит от внешних условий.
5. Снижение риска благодаря использованию нескольких установок. Крупные биореакторы всегда большая угроза, но ее можно устранить, если сделать систему из нескольких ферментеров.
6. Получение высококачественного удобрения.
7. Небольшая экономия энергоресурсов.

Еще один плюс — возможная выгода для состояния почвы. Некоторые растения высаживают на участке специально для получения биомассы. В этом случае можно выбрать те из них, что способны улучшить качество грунта. Пример — сорго, снижающее его эрозию.

Каждый вид альтернативных источников имеет свои недостатки. Биогазовые установки не исключение. Минусом является:

• повышенная опасность оборудования;
• энергозатраты, требующиеся для переработки сырья;
• незначительный выход биогаза из-за небольшого объема домашних систем.

Сложнее всего сделать биогазовую установку, предназначенную для самого эффективного, термофильного режима. Расходы в этом случае обещают быть серьезными. Такое проектирование биогазовых установок лучше возложить на профессионала.

Схема биогазовой конструкции

Проектирование биогазовых установок невозможно без знакомства с их схемой. Основным элементом ее является реактор, или бункер, в котором происходит процесс брожения и производство газа. Помимо него должны быть отдельные бункеры (люки) для загрузки/выгрузки продуктов — сырья и готовых удобрений. В верхнюю часть биореактора вставляют трубу, предназначенную для отвода образовавшегося газа.

После нее располагают систему для доработки газа — его очистки, повышения давления в газопроводе до рабочего состояния. Мезофильным и термофильным режимам требуется система подогрева биореактора. Эту роль, как правило, исполняют газовые котлы, которые работают на произведенном топливе. С биореактором прибор связывает система трубопроводов. Для них используют полимерные трубы, лучше переносящие воздействия агрессивных сред.

Система для перемешивания разлагающегося сырья — следующий необходимый элемент. Процессу газообразования препятствует корка, образующаяся на поверхности, и твердые частицы, которые неизменно скапливаются в нижней части емкости. Чтобы обеспечить однородность биомассы, используют мешалки, механические либо автоматические. Первые требуют ручного труда, вторые запускают с помощью таймера. Автоматизированные системы обойдутся значительно дороже, зато процесс будет требовать минимум внимания.

Эти системы классифицируют по типу установки. Они бывают надземными, полузаглубленными или заглубленными. Последние обещают уменьшение расходов на подогрев, более простое обустройство теплоизоляции системы, поэтому, планируя проектирование биогазовых установок, лучше учитывать, что этот более затратный способ все же оптимален именно для российских реалий. Минус у него один: это необходимость земляных работ.

Проектирование биогазовых установок

Перед тем как приступать к этому этапу, нужно найти идеальное место для системы. Чтобы обеспечить удобство и минимизировать затраты, биогазовую установку рекомендуют располагать поблизости от источника сырья — от построек, где содержатся животные. Оптимальный вариант — загрузка, происходящая самотеком. На практике это реализуют с помощью трубопровода, находящегося под уклоном в сторону реактора.

Этот способ даст шанс свести к минимуму ручной труд — уборку навоза и обслуживание системы. Единственным минусом можно считать удаленность жилья для животных от дома. Однако протянуть к нему трубопровод проще, чем создавать линию, предназначенную для транспортировки и загрузки сырья — помета и навоза.

Биореактор и материалы для него

К главной емкости предъявляют довольно серьезные требования.

1. Герметичность и максимальная прочность. Сырье не должно иметь никаких контактов с внешней средой, даже микроскопическое отверстие для газа сделает весь процесс бессмысленным. К тому же жидкость не должна загрязнять окружающее пространство. Только прочная емкость позволит сосуду выдержать массу загруженного сырья, а также давление, создаваемое биогазом и грунтом.
2. Удобство для обслуживания оборудования. В нашем случае оптимальный сосуд — цилиндрическая емкость, которая облегчит перемешивание, позволит избежать появления застойных участков. Она может быть как вертикальной, так и горизонтальной. Прямоугольные биореакторы более удобны, если биогазовую установку делают самостоятельно, но их слабые места — углы, в которых образуются трещины, а субстрат хорошо перемешать невозможно.

Если емкость есть в наличии, и отвечает этим требованиям, то проблем не существует. Когда ее нет, придется искать подходящий вариант. Главное условие для материалов — отсутствие боязни агрессивных сред, так как биомасса может иметь щелочную или, наоборот, кислую реакцию.

Металл

Первый прочный кандидат — металл, позволяющий придать реактору любую форму, если хозяин умеет обращаться со сварочным аппаратом. Если в хозяйстве есть старая, но крепкая цистерна, то проблему можно считать почти решенной. Чтобы минимизировать риск ее разрушения из-за постоянного контакта с химически активными веществами, металлическую емкость нужно защитить антикоррозийным покрытием.

Полимер

Пластик — второй достойный претендент. Он не ржавеет, не гниет, химически корректен, так как «соблюдает нейтралитет». Однако для полимерного материала есть несколько жестких требований. Стенки емкости должны быть толстыми, идеально, если они к тому же армированы стекловолокном. Такой биореактор с легкостью выдержит давление и нагрев до относительно высокой температуры. Минус данной тары — высокая цена, плюс — долговечность.

Бетонные блоки, камень, кирпич

Это последний вариант, который можно рассмотреть тем, кто привык работать с кладкой, или имеет знакомых мастеров. В этом случае она обязана выдерживать сильные нагрузки, поэтому необходимо ее армирование через каждые 3-5 рядов. Для обеспечения непроницаемости стен рекомендовано сделать многослойную обработку стен, внутренних и наружных. Их штукатурят цементно-песчаным раствором со специальными добавками, гарантирующими газо- и водозащиту.

Размеры главного бункера

Объем будущего реактора зависит от выбранного температурного режима производства. Для самостоятельного сооружения биосистемы «от навоза к газу» чаще предпочитают мезофильный метод, так как такую установку гораздо легче обслуживать. Еще одно преимущество — возможность дозагружать реактор. Если условия созданы идеальные, то образование биогаза идет достаточно стабильно. Для расчета объема реактора отправной точкой является количество навоза и помета, появляющегося в хозяйстве за сутки. Необходимо привести среднестатистические данные:

• куры — 0,17 кг, влажность — 75%;
• свиньи — 4,5 кг, влажность 86%;
• КРС — 40 кг, влажность — 86%.

Для разложения навоза при мезофильном режиме требуется 10-20 дней. Чтобы высчитать объем, массу умножают на количество дней. При расчетах не забывают о воде, которую, возможно, придется добавлять: идеальная влажность подготовленной (измельченной) биомассы — 85-90%. Полученный результат увеличивают на 50%, так как биомасса не должна занимать больше 2/3 объема резервуара, необходимо оставить место для газа.

Загрузка, выгрузка

Бункеры и люки для поступления и эвакуации продуктов делают в противоположных сторонах емкости, эта предусмотрительность даст возможность равномерного распределения субстрата. Если планируется заглубленное оборудование, то трубы, как загрузочные, так и разгрузочные, монтируют под острым углом.

Нижний их конец должен быть расположен ниже уровня биомассы, чтобы воздух в резервуар не попадал. Трубы оборудуют задвижками: поворотными либо отсечными. Их открывают только во время загрузки/выгрузки. Рекомендованный диаметр — 200-300 мм, меньший размер приведет к постоянному забиванию их крупными непереваренными фрагментами. Трубы подсоединяют после установки резервуара, но до его утепления.

Оптимальный режим работы — производство с регулярной загрузкой нового сырья и удалением отработанного. Это операции проводят раз в 1-2 суток. Массу собирают в накопительной емкости, там ее измельчают, при необходимости добавляют воду, размешивают. Мешалка, даже механическая, позволит минимизировать ручной труд. Если этот сосуд-приемник поместить в солнечное место, то расходы на подогрев уменьшатся.

Глубина установки реактора должна быть такой, чтобы навоз смог двигаться без участия человека. Заслонка в период накапливания сырья в нем должна быть закрыта. Чтобы гарантировать герметичность установки, для зоны приема и выгрузки предусматривают резиновые уплотнители. Минимальное количество воздуха в главной емкости — шанс выхода чистого газа.

Система для сбора и отвода биогаза

Трубу для отведения газа монтируют на верхней поверхности резервуара. Другой ее конец отпускают в герметичную емкость, наполненную водой. Ее называют гидрозатвором. Вторая труба, расположенная над поверхностью жидкости, принимает очищенный газ. На выходе устанавливают отсечный кран, обычно рекомендуют шаровое устройство.

Для избавления биогаза от примесей используют разные способы. Углекислый газ можно устранить, если засыпать в гидрозатвор гашеную известь, однако ее придется периодически менять. Сероводород удаляют с помощью емкостей-фильтров, заполненных металлической стружкой, ее замена — старые металлические мочалки. Газ, проходя через металл, лишается сероводорода, скапливается в верхней части емкости, затем следует дальше через другую трубу.

Сушат газ с помощью установки в газопроводе дополнительных гидрозатворов для устранения конденсата. Минус способа — необходимость время от времени сливать воду, иначе газопровод может быть заблокирован. Другой вариант — емкость с силикагелем. В этом случае тоже потребуется его периодическое осушение: например, прогревание при помощи СВЧ-печи.

Для передачи газа используют или газовые трубы из ППР или ПНД, или металлические гальванизированные. При любой работе с газовым оборудованием проверка стыков мыльной пеной обязательна. Трубопровод собирают из труб и фитингов одного диаметра.

Газгольдер

Очищенный газ, который не используют сразу, поступает для хранения в газгольдер. Резервуаром способна стать крепкая и надежная (газонепроницаемая) емкость из пластика, герметичный мешок из полиэтилена и т. д. К потребителю — котлу или плите — газ поступает при помощи компрессора. Чтобы гарантировать стабильное давление за компрессором устанавливают ресивер, исключающий его скачки.

Варианты для перемешивания

Самый простой способ перемешать биомассу — сделать механическую мешалку. Если мускульной силы для большой емкости недостаточно, то устройство снабжают электродвигателем, который включается в работу таймером.

Другой вариант — использование произведенного газа. Чтобы устроить такую мешалку, на выходе из резервуара монтируют тройник. Благодаря новому ответвлению часть газа отправляется обратно, а выходит через небольшие отверстия, проделанные в трубе, опущенной в биомассу. Газ, «сделавший свое дело», не расходуется напрасно: потом он отправляется в газгольдер.

Последний способ — применение фекальных насосов, которые забирают субстрат снизу, а потом выливают сверху. Недостаток у этой идеи один — зависимость от электроэнергии.

Подогрев, теплоизоляция

Нагревание емкости обязательно, так как сравнительный холод любят только бактерии-психрофилы, а сам процесс затянется как минимум на 30 дней, однако нередко требуется даже больший срок. В теплое время года предварительный подогрев субстанции, хорошая теплоизоляция и жаркая погода могут обеспечить почти идеальные условия, однако зимой они недостижимы.

Есть один, самый рациональный, способ получить благоприятную температуру. Это использования котла: электрического, работающего на жидком, твердом топливе, или на полученном газе. Максимальная температура воды — 60°. Более высокие значения спровоцируют налипание частиц субстрата на трубы.

Для подогрева массы могут быть использованы обычные радиаторы, трубы, согнутые в змеевик, сварные элементы. Лучший материал для них — полипропилен или металлопластик. Возможно использование гофрированных труб из нержавеющей стали: они удобны для укладки, зато на них охотно налипают частички биоматериала.

Чтобы бороться с потенциальным притяжением частиц, их рекомендуют располагать в зоне мешалки, но так, чтобы устройство их не задевало. В нижней части емкости устраивать систему обогрева нерационально из недостаточного ее эффекта, поэтому лучше располагать батареи на стенках.

Водяной обогрев биореактора может быть как наружным, так и внутренним. Первый способ требует большего расхода тепла, однако мешалки помехой не станут. Второй метод не дает возможности регулярного обслуживания и ремонта, поэтому при его обустройстве всем соединениям нужно уделить максимум внимания.

Утепление начинается с котлована: в него насыпают слой песка, затем укладывают слой теплоизоляции — глины, которую смешивают с керамзитом, соломой, шлаком. Можно каждый материал укладывать послойно отдельно. Подготовленную поверхность выравнивают, потом устанавливают резервуар.

Стенки биореактора утепляют по-разному. Самый элементарный вариант — обмазка глиной, смешанной с соломой, в несколько слоев. Подходящие современные теплоизоляционные материалы — газоблоки низкой плотности, экструдированный пенополистирол, пенополиуретан, вспененное стекло (бой, крошка).

Проектирование биогазовых установок — этап, который нужно серьезно обдумать и идеально выполнить. Поэтому только помощь специалиста даст возможность получить идеально работающую систему. Малейшая ошибка в этом случае, наоборот, приведет к небольшой эффективности оборудования.

Следующее видео расскажет о том, как получить «свой» газ:

Биогазовый реактор на основе термофильного метаногенеза

Биогазовый реактор на основе термофильного метаногенеза.

 

 

Биогазовые установки (биогазовые реакторы) получили в настоящее время огромное распространение. Все они построены на основе мезофильного метанового брожения, а этот процесс очень длительный – 15-20 дней. Термофильный метаногенез, который развивается при температуре 52-56 °С, происходит гораздо быстрее и метановые бактерии поедают всю органику всего за двое суток.

Технология ожидает финансирования!

 

Описание биогазового реактора

Преимущества биогазового реактора

 

Описание биогазового реактора:

Биогазовые установки (биогазовые реакторы) получили в настоящее время огромное распространение. Все они построены на основе мезофильного метанового брожения, а этот процесс, происходящий при температуре от 35 до 42 °С, очень длительный и потому хотя 1 тонна навоза КРС дает 60 м³ биогаза с содержанием метана не более 60% и значительной примесью, до 10%, аммиака, на это уходит 15-20 дней.

В отличие от мезофильного метаногенеза, термофильный метаногенез, который развивается при температуре 52-56 °С, происходит гораздо быстрее и метановые бактерии поедают всю органику всего за двое суток. Метановые бактерии крайне болезненно реагируют на перепады температуры 1-1,5 °С и очень требовательны к рН биосырья. При повышении кислотности они довольно быстро погибают. Также термофильные метановые бактерии могут погибнуть при резких перепадах давления. Термофильным метановым бактериям требуется мелкоизмельченное, ферментезированное сырье и биореакторы относительно малого диаметра. Как результат, термофильные биогазовые реакторы требуют несколько большего количества электроэнергии и более качественного сырья, нежели обычные, мезофильные биогазовые установки.

Наиболее дешевым и потому предпочтительным сырьем для термофильного метаногенеза, которое имеет достаточно высокий выход биогаза с 1 тонны сырья являются:

– ботва овощей – 280-490 м3,

– овощные отходы – 330-500 м3,

– трава – 280-630 м3,

– силос – 200-400 м3,

– пшеничная солома – 200-300 м3,

– полова пшеницы – 450-550 м3,

– испорченное зерно – 400-500 м3.

При этом содержание метана в биогазе, полученном из этих видов сырья варьируется от 70% у ботвы, отходов овощей, клевера и травы, до 60% у пшеничной соломы. Анализ сырьевой базы показывает, что лучше всего подходит топинамбур, который по накопленной энергии превышает по сухому веществу пшеницу и лишь немного уступает сое и кукурузному зерну – 120 кормовых единиц против 127. Поэтому и выход биогаза из него составляет 600 м3 с 1 тонны сухого вещества при содержании метана  85%. К тому же силос топинамбура практически нейтрален по своему рН, имеет приятный запах яблок (в отличии от других видов сырья) и способен храниться 3 года.

Биогазовый реактор на основе термофильного метаногенеза по своей сути является самым настоящим прорывом в области биогазовой энергетики.

 

Преимущества биогазового реактора:

– термофильный биогазовый реактор имеет суточную производительность по чистому метану до 300 м3 в сутки при объеме биореактора всего 3 (три) м3 на биосырье из топинамбура,

– термофильный биогазовый реактор производит метан, очищенный от углекислого газа,

– все процессы, включая загрузку субстрата в термофильный биогазовый реактор, полностью автоматизированы,

– термофильный биогазовый реактор объемом 3 м3 размещается в небольшом помещении площадью не более 20 м2, плюс необходимо помещение площадью 15 м2 для хранения месячного запаса биомассы,

– высокая скорость метаногенеза.

 

Примечание: © Фото //www.pexels.com.

 

карта сайта

биогазовый реактор в быту для частного дома своими руками видео купить 

 

Коэффициент востребованности 556

Газ собственного производства и энергоэкономика хозяйственного подворья

07.03.2019

Дальнейшее развитие современных технологий неразрывно связано с интенсивным потреблением энергоресурсов, природными источниками которых являются залежи нефти и газа. Запасы этих полезных ископаемых не безграничны, к тому же они распределены очень неравномерно, что дает возможность некоторым государствам проводить свою ценовую политику на мировом энергетическом рынке. Во избежание энергозависимости и в целях способствования активному поиску и развитию перспективных энергетических источников, многие страны переходят на альтернативные, экологически безопасные и возобновляемые виды энергии. Одним из таких видов является биогаз. Примером успешного внедрения биогазовых технологий в экономику страны на государственном уровне является Великобритания.

Биогаз получают из биомассы путём брожения органического вещества в бескислородных условиях. В результате жизнедеятельности микроорганизмов углеводы, белки и жиры превращаются в основные продукты – метан (СН₄) и углекислый газ (СО₂). Сырьем для получения биогаза служат органические отходы растительного (пожнивные, растительные остатки, силос, сорняки, отходы переработки продукции растениеводства и т. п.), а также животного происхождения (навоз КРС, свиной навоз, куриный помёт и пр.).

Применяя такую технологию, жители сельской местности, имеющие подсобное хозяйство, могут перерабатывать специальным образом отходы в виде соломы зерновых, птичьего помёта, навоза, ботвы огородных культур и пр., получая на выходе высокоэнергетический продукт – биогаз. Он представляет собой альтернативный возобновляемый источник энергии, который служит для отопления, электроснабжения и многих других операций, в т. ч. связанных с использованием поршневого двигателя внутреннего сгорания. 

Для переработки органических отходов в биогаз нужна специальная биогазовая установка. Это оборудование можно смастерить самому из подручных материалов или купить готовое, что будет гораздо дороже, но при этом удобнее в пользовании, быстрее в запуске и безопаснее в эксплуатации (не надо забывать, что мы имеем дело с легко воспламеняемым и очень взрывоопасным веществом!). 

Простейшая установка для производства биогаза состоит из реактора, теплообменника с нагревательным элементом, фильтров для газа, резервуара для сброса отработанного сырья и резервуара-накопителя готового газа с выводом трубы, регулируемой краном, к потребителю. Все составляющие соединены между собой трубами и оснащены кранами для простоты управления процессом. 

Реактор представляет собой большой, утеплённый снаружи, герметично закрывающийся толстостенный резервуар из металла или пластика, в который загружается сырьё: навоз, помёт, испорченные, непригодные для скармливания животным корма и прочие органические отходы. Чем больше этот резервуар, тем больше биомассы там будет разлагаться, и тем выше производительность установки. 

В реакторе происходит процесс сбраживания питательных органических веществ, содержащихся в сырье, протекающий с помощью микроорганизмов, которые выделяют продукты своей жизнедеятельности в виде метана, водяного пара, углекислого газа, сероводорода и других соединений. Микроорганизмы питаются органическими веществами, перерабатывая их в процессе своей жизнедеятельности в необходимые нам высокоэнергетические продукты. 

Сам процесс разложения биомассы проходит в три этапа, следующих в строгой очерёдности. На каждом этапе в этом процессе участвуют три различных вида микроорганизмов, которые используют продукты жизнедеятельности друг друга в качестве питательной среды. В природе подобное разложение органических продуктов можно наблюдать постоянно. Сначала «вступают в работу» гидролизные микроорганизмы, после них – кислотообразующие, на смену которым приходят метанообразующие. Последние завершают деградационные процессы, разлагая органику до метана. 

В зависимости от сырья, условий брожения и других обстоятельств, в выделяемом газе может быть от 50% до 85% смеси метана и водорода, от 13% до 50% углекислого газа, около 5 – 10% водяного пара, а также 3 – 5% прочих, нежелательных, в том числе и серосодержащих примесей, которые удаляются с помощью фильтров, установленных на пути прохождения газа после выхода его из реактора. 

Загружается реактор на 1/2 – 2/3 своего объёма, так как в процессе брожения может происходить существенное увеличение размеров разлагающейся биомассы и активное пенообразование. Для успешного размножения метанообразующих бактерий и максимально продуктивной их работы необходимо поддерживать в реакторе температуру +37…39°С и систематически перемешивать биомассу во избежание её расслоения. В дальнейшем, с началом разложения, будет происходить выделение тепла, и постоянный подогрев биомассы уже не потребуется. 

Разлагающие биомассу микроорганизмы могут жить в широком диапазоне температур, поэтому изменения температурного режима не так вредны самим бактериям, как нежелательны для производства: при отклонении температуры реактора от оптимальной снижаются темпы выработки горючего газа. А микроорганизмы способны продолжать питаться и размножаться даже при +70°С(!). Замораживание их консервирует: они прекращают свою жизнедеятельность, но не теряют жизнеспособность. 

Для перемешивания сырья в реакторе устанавливают специальные лопастные погружные мешалки с ручным или электрическим приводом. Характер привода зависит от величины реактора и конструктивных особенностей всей биогазовой установки. Перемешивание массы производится периодически или постоянно. А для подогрева реактора оборудуют теплообменник. Особенно важно подогревать биомассу в зимнее время, когда температура окружающей среды низкая, а потребность в горючем для отопления помещений наиболее высока. 

Из нескольких возможных конструкций теплообменника два наиболее просты в исполнении. Первый вариант заключается в том, чтобы поместить реактор в ёмкость, превосходящую его по размеру и заполненную водой. Подогревают воду с помощью электричества или части производимого газа, поддерживая необходимую для обеспечения активного производственного процесса температуру. Конструкция с подобным обогревом подходит для небольших реакторов. 

Во втором варианте змеевик или сеть труб-батарей размещаются в самом реакторе. По ним циркулирует теплоноситель, подогреваемый газовым или электрическим котлом, который расположен рядом с реактором. Такой системой удобно подогревать реакторы значительного объёма. Для большей автономности работы теплообменника температуру теплоносителя можно контролировать с помощью автоматического терморегулятора, а перемешивание массы с заданной частотой и продолжительностью осуществлять с помощью реле времени, которое будет включать и выключать мешалку. 

Потребление электроэнергии или газа теплообменником, в зависимости от технологических его особенностей и при рациональном использовании, обычно колеблется в пределах 10% от энергоёмкости (количества) газа, вырабатываемого установкой. Но этот показатель может существенно меняться, так как на него оказывают влияние многие факторы, в т. ч. месторасположение реактора (в помещении или на открытом воздухе), качество его утепления, погодные условия и мн. др.

В зависимости от влажности сырья процесс разложения можно условно классифицировать как мокрый или сухой. Оба вида протекают без доступа кислорода и при температуре до +40°С. Отличаются они только влажностью разлагаемого сырья. При мокром способе влажность биомассы составляет примерно 90%. Это может быть навоз, полученный от коров, свиней, их смеси между собой, сточные воды, пищевые и другие отходы. 

Для ускорения запуска процессов разложения в биомассу желательно ввести культуру гидролизных, кислотообразующих и метанообразующих бактерий. «Закваска» не только ускоряет процесс, но и увеличивает выход биогаза на 20 – 35%. При этом процентное содержание в нём метана повышается на 40% по сравнению с обычным естественным процессом. 

При сухом способе влажность загружаемой органической массы должна быть не менее 55%. В этом случае сырьем служат куриный помёт, кроличий навоз, грязная подстилка животноводческих ферм, отходы растениеводства, опавшая листва деревьев и т. п. Сырьё загружается в реактор и периодически орошается бактериальным субстратом через распылители, которые размещают внутри реактора, в верхней его части. Бактериальный субстрат – это жидкий инфильтрат, самопроизвольно стекающий из ранее отработанного материала. После орошения нового сырья для стимуляции начала процесса, реактор герметично закрывают, и в нём последовательно проходят те же стадии разложения биомассы, что и при мокром способе: гидролиз – кислотообразование – метанообразование. 

Производство бактериями горючего газа начинается не сразу после загрузки реактора, а спустя 2 – 3 недели. Срок начала продуктивной фазы работы установки зависит от характера сырья, его влажности, величины частиц компонентов, внешней температуры, её колебаний, частоты перемешивания и многих других факторов. До этого реактор должен быть герметично закрытым, а выводная труба через водяной замок выходить во внешнюю среду. Такая система необходима для того, чтобы исключить приток свежего, содержащего кислород воздуха вовнутрь и чтобы дать возможность свободно выходить углекислому газу, который будет образовываться почти сразу после загрузки реактора. Выделяемый во внешнюю среду газ периодически проверяется на горючесть – таким образом фиксируется начало образования метана. 

По качественным показателям производимый установкой продукт имеет плотность 1,16 – 1,27 кг/м³; запас его энергии в 1 м³ – около 5 – 9 кВтч, а калорийность (теплотворная способность) составляет 4500 – 7300 ккал/м³; температура воспламенения: 600 – 750°С. Для удобства восприятия можно привести такое сравнение: при сжигании 1 м³ биогаза для обогрева помещения выделяется такое же количество тепла, как при сжигании 1,5 кг каменного угля или же 3 – 4 кг дров, либо использовании 7 – 9 кВт/ч электроэнергии. 

После очистки от примесей, биогаз, полученный в установке, ничем не будет отличаться от природного, добытого из недр земли. Что же касается количества его производства, то оно во многом зависит от производственной мощности реактора, объёма сырья, его влажности и природы происхождения, т. к. различные органические продукты выделяют при разложении разное количество биогаза. 

Так, например, из тонны коровьего навоза влажностью 95% можно получить 22 м³ биогаза; из такого же навоза, но с влажностью 88% выделится до 43 м³. Переработка свиного навоза влажностью 95% даст 25 м³ биогаза; тот же продукт при влажности 85% выделит не более 62 м³ горючего. Из птичьего помёта с остатками подстилочного материала влажностью 60% за весь период разложения образуется до 90 м³ газа, а при влажности 75% и без примесей подстилочного материала можно получить около 105 м³ продукта. 

Солома и пожнивные остатки зерновых культур обладают большим потенциалом продуктивного разложения. В реакторе из 1 тонны такого сырья может синтезироваться до 425 м³ горючего! Из испорченного или по какой-то причине не пригодного для скармливания животным кукурузного силоса получается около 187 м³ газа (можно, конечно, использовать и качественный силос, но это не по-хозяйски!).

Если говорить о сырье, которое может служить в качестве корма для животноводческих ферм, то из одной тонны зелени получится 290 – 490 м³ газа. Наиболее продуктивны в этой категории бобовые травы: клевер, люцерна, вика, горох. Из свекольной ботвы биогазовая установка сможет выработать около 75 – 150 м³ метана, из мелассы получается до 630 м³, из фруктового или овощного жома – 108 м³, из свекольного жома с влажностью 75% – 160 м³. Кукурузная мезга выделяет до 85 м³ горючего газа. 

Для получения биогаза можно использовать и продукты переработки пивоваренного производства. Пивная дробина при влажности 75% может дать 138 м³ горючей смеси, а барда – 40 – 50 м³. Хорошим источником биогаза могут быть бытовые пищевые отходы (около 100 м³ газа) и отходы бойни, рыбоперерабатывающих и мясоперерабатывающих цехов. Кровь, кишечник, обрезки кожи, чешуя, рыбьи головы, хвосты, кости и мягкие ткани при разложении в реакторе дают 100 – 300 м³ биогаза. Очень большой потенциальный запас энергии у жира: из одной его тонны может получиться 1300 м³ газа, а из 1 тонны жировой пульпы – 250 м³. 

Как видим, любые органические отходы можно не только безопасно утилизировать в биогазовой установке, но ещё и получить от этого дополнительную выгоду в виде дешевого горючего и ценного органического удобрения, которое можно использовать на полях под любые культуры. Отработанная биомасса после производства метана содержит почти такое же количество ценных для растений компонентов, что и исходный материал, но все питательные вещества находятся в более доступной для растительного организма форме. В отработке также содержатся  макроэлементы и гуминовые кислоты. Использование этой органики как удобрения повышает урожайность сельскохозяйственных культур на 30 – 50%.

С начала активации продуктивного процесса биомасса в реакторе разлагается около месяца, а затем, после её полной выработки, заменяется на новую. Отработанный ил перемещают по трубе из реактора в специальный резервуар. Если конструктивно предусмотрено расположение сливного резервуара ниже самого реактора, то ил стекает в него по трубе самотёком через кран, без использования специального насоса. 

В результате работы метанообразующих бактерий и других микроорганизмов происходит выделение из органической массы газообразных веществ и скапливание их над жидкостью в реакторе. По мере накопления газы выходят по отводной тубе из реактора в накопительную ёмкость (газольдер, коллектор), по пути проходя фильтры, которые очищают полученный сырой продукт от присутствующих в его составе водяных паров, сероводорода, углекислого газа и прочих нежелательных примесей. 

Для очистки газа от сероводорода применяется фильтр из активированного угля, реагент в котором нужно менять один раз в два – три месяца. Для очистки биогаза от углекислого газа, его надо пропускать сквозь воду (по принципу водяного клапана). Суть метода очистки водой состоит в различном уровне растворимости углекислого газа и метана в воде. Проходя сквозь воду, углекислый газ в ней растворяется, а метан не успевает. Периодически, по мере накопления в воде углекислого газа, производится её замена на чистую. Чем больше объём воды в фильтре, тем реже её нужно менять. 

Для очистки метана от влаги оборудуют чиллер (проточная камера-охладитель, труба, в которой водяной пар конденсируется и оседает на стенках, после чего стекает в уловитель и периодически сливается через кран). В таком виде газ может быть направлен для хранения в коллектор и при возникновении потребности использован потребителями. 

Коллектор – очень важная часть установки, в нём готовое горючее собирается и хранится до возникновения потребности в его хозяйственном использовании. Коллекторы конструктивно могут быть разными. Для небольших домашних установок с объёмом реактора до 1 м³ достаточно нескольких резиновых тракторных шин. Для более масштабных производств коллектором могут служить герметичные полиэтиленовые шланги-мешки, которые обычно предназначены для хранения зерна или силоса, сенажа. Для промышленных биогазовых заводов потребуются большие специальные коллекторы-купола с двойной стенкой. 

В целях безопасности на выводной трубе коллектора следует установить кран и обратный клапан.  Объём коллектора рассчитывается таким образом, чтобы он соответствовал количеству продукта, вырабатываемого реактором при максимальной производительности за трехдневный период. Для аварийного сжигания метана рекомендуется соорудить и подключить к выходной трубе коллектора специальный факел, с помощью которого можно было бы при необходимости уничтожить часть газа, накопившегося в резервуаре. С целью создания необходимого давления газа, для нормальной работы бытовых потребителей, на выходе трубы из коллектора устанавливается специальный газовый насос. 

Газ, полученный из биогазовой установки, пригоден для использования аналогично природному, а после специальной очистки и переработки в газовый конденсат, им можно даже заправлять автомобили. 

Подводя итог, хочется обратить внимание на то, что производство биогаза имеет ряд преимуществ: 

Во-первых, это экологичность самого процесса производства и произведённого продукта. Во время разложения биомассы в атмосферу не выделяется никаких вредных веществ. Углекислый газ, который появляется в первые две – три недели после заполнения реактора сырьём, выделяется в незначительном объёме, и его можно направлять в теплицу, где он в светлое время суток будет поглощён растениями и использован для синтеза органических веществ, в процессе фотосинтеза. 

Сгорая, биогаз также выделяет в окружающую среду углекислый газ и серу. Но уровень такого загрязнения настолько незначителен, что биогаз можно использовать на кухне, в жилом помещении и при этом никак не обнаруживать продукты сгорания органолептически. В естественных условиях протекание процесса разложения перерабатываемой органической биомассы сопровождалось бы выделением таких же продуктов распада, с той только разницей, что в этом случае метан просто улетучивался бы в атмосферу.

Применение контролируемой переработки биоотходов позволяет использовать биогаз в качестве возобновляемого источника энергии. Кроме того, стоит помнить, что метан оказывает влияние на развитие парникового эффекта на планете в 20 раз большее, чем углекислый газ, и мы, перерабатывая его, тем самым частично замедляем развитие глобального потепления. 

Во-вторых, это возобновляемость сырья и его дешевизна. Сырьём для производства биогаза может служить любая органика, при этом мы ещё попутно решаем вопрос утилизации многих органических отходов с выгодой для хозяйства и без угрозы для окружающей среды. К примеру, осенью на улицах любого населённого пункта появляется огромное количество опавших листьев. Иногда это становится настоящей проблемой. Сжигать их, способствуя не только ухудшению экологии, но и нанося непоправимый вред здоровью человека, категорически запрещено на законодательном уровне, а вывозить – дорого. В итоге, зачастую можно наблюдать как большие кучи листьев просто лежат на обочине или разносятся ветром по всей территории. А ведь они могут служить прекрасным сырьем для получения биогаза. Кроме листьев в биогазовых установках можно очень дёшево утилизировать отходы животного происхождения, предназначенные для вынужденной переработки в мясо-костную муку. 

В-третьих, побочный продукт производства биогаза – отработка, оставшаяся после завершения метанообразования, является ценным удобрением. Применение её на полях может обеспечить качественное, полноценное питание культур. Это удобрение не агрессивно по отношению к почве и почвообразующей микрофлоре, а также легко усваивается растениями, не требуя дополнительного времени на преобразование.

К отрицательным сторонам синтеза биогаза можно условно отнести неравномерность процесса выделения метана на протяжении периода переработки одной загрузки, трудоёмкость на некоторых этапах производства (заполнение реактора сырьём и удаление из него отработанного ила), дороговизну оборудования и материалов при сооружении биогазовой установки. 

Кстати, на экономической стороне организации биогазового производства стоит остановиться отдельно. Сооружение биогазовой установки – достаточно затратное дело, и окупается оно не сразу. А срок службы установки, согласно гарантии производителя – 15 лет. Существенно сэкономить на проекте можно, сделав часть работ и некоторые элементы установки самостоятельно, из подручных материалов. Так, например, многие строительные работы (копание ям, постройка защитных ограждений и пр.) можно осуществить своими силами, а в качестве реактора использовать любые герметически закрывающиеся емкости (бочки объемом 200 л, служившие тарой для различных материалов, старые цистерны для перевозки молока), либо сварить его из шести листов стали собственноручно. 

Также вполне допустимо использовать в конструкции пластиковые трубы и краны, которые менее трудоемки в монтаже и намного дешевле металлических. Целые камеры от тракторных колёс отлично послужат в качестве накопителя газа. Конечно, какую-то часть оборудования придется всё же приобрести, но чем больше удастся сделать своими руками, тем скорее окупится проект, и тем скорее можно будет пользоваться газом собственного производства.

Успешного вам хозяйствования и энергетической независимости!

Технология. Описание — Биогаз

Блок-схема типовой биогазовой установки
Отличительные особенности наших установок
Система подготовки сырья
Реактор
Система подогрева реактора
Система перемешивания массы в реакторе
Система термоизоляции реактора
Газгольдер
Газовая система
Система слива переработанного сырья
Автоматика управления биогазовой установкой
Алгоритмы работы биогазовой установки
Схема параллельного и последовательного соединения реакторов для наращивания мощности биогазовой установки
Мезофильный и термофильный режимы работы биогазовой установки

Блок-схема типовой биогазовой установки

Основой каждой биогазовой установки является реактор. Реактор представляет собой герметичный термос, в котором поддерживается заданная постоянная температура. Для поддержки температуры используется система подогрева и система термоизоляции реактора. Всем этим управляет блок автоматики. Также для нормального протекания реакции используется система перемешивания сырья, которая также управляется блоком автоматики.

Для подачи в реактор исходного сырья служит система подготовки сырья.

Для буферизации вырабатываемого газа и стабилизации его давления используется газгольдер.

Газовая система служит для обезвоживания вырабатываемого газа, контроля давления газа, систем аварийного сброса газа и предупреждения обратного хода.
Для слива отработанного сырья (готовых биоудобрений) применяется система слива.

Отличительные особенности наших установок

Мы проанализировали все конструкции биогазовых установок, которые применяются в мире. После этого мы разработали основные принципы, по которым можно создавать биогазовые установки для небольших хозяйств небогатых стран, таких, как страны СНГ. Конструкция наших установок базируется на максимальном использовании стандартных деталей и узлов, производящихся практически в любой стране мира. Мы выбрали для нашей конструкции детали из современных синтетических материалов, которые обеспечивают химическую стойкость, малый вес, хорошую термоизоляцию. По размеру реакторов установок нашей конструкции, они относятся к малым и средним установкам. Но благодаря возможности простого масштабирования, на базе нашей конструкции можно собирать даже крупные установки, причем наращивать объемы и мощности постепенно, по мере накопления средств.

Система подготовки сырья

Система подготовки сырья служит для разведения исходной органической массы водой для обеспечения необходимой влажности и температуры сырья, а также для закачки сырья в реактор. Инженерные задачи решаемые при разработке такого узла — это равномерное перемешивание исходной смеси, поддержание температуры смеси в заданных пределах, независимо от температуры окружающей среды, закачка в реактор строго определенной порции сырья с сохранением герметичности реактора и постоянства давления газа на выходе.

В своих конструкциях мы предлагаем 2 способа решения этих задач: закачка смеси из системы подготовки под действием силы тяжести, или с помощью специального фекального насоса.

Первый способ самый простой и дешевый, но он усложняется с ростом объема реактора. Суть его сводится к тому, что емкость для подготовки сырья располагается выше реактора на рассчитанную величину, и подготовленное сырье заливается в реактор самотеком. Особенно удобно применять этот метод, когда рельеф местности, где расположена биогазовая установка способствует этому, и не надо строить слишком высокую эстакаду. Объем емкости для подготовки сырья обычно равен 5-10% объема реактора. С ростом объема растет нагрузка на конструкцию эстакады, что требует ее усложнения и удорожания.

Второй способ — классический. Сложности заключаются в том, что дешевые фекальные насосы не имеют режущих ножей, и поэтому легко могут засориться. А очистка насоса и подающего тракта от фекальных масс вручную — задача не из самых приятных. Стоимость хорошего фекального насоса сопоставима со стоимостью самой малой биогазовой установки. Поэтому применение фекального насоса имеет смысл для средних биогазовых установок.

Шнековая подача сырья имеет смысл только для больших установок, и поэтому нами не применяется.

Реактор

Реактор биогазовой установки представляет собой герметичный термос. Реакторы крупных биогазовых установок обычно изготавливают из бетона, который затем утепляют различными способами. Основной минус данной конструкции — это капитальное сооружение специфической конструкции. Его невозможно переместить, демонтировать без потерь. Соответственно, его почти невозможно продать без продажи земельного участка, банк неохотно принимает его в залог при выдаче кредитов.

Сооружение такого реактора занимает значительное время.

Реакторы малых установок обычно изготавливают из металлического листа. Часто используют бывшие в употреблении цистерны. Минусом является большой вес, высокая цена и низкая коррозионная стойкость.

В нашей конструкции мы применили емкости из современных синтетических материалов. Они имеют малый вес, высокую коррозионную стойкость. Их легко монтировать, демонтировать, сопрягать с входными и выходными трубами. Они не нуждаются в коррозионной защите. Биогазовая установка на базе такого реактора легко может быть демонтирована и смонтирована на новом месте, а следовательно ее можно продать или выставить в залог.

Система подогрева реактора

Температура сырья в реакторе должна поддерживаться на уровне, оптимальном для функционирования соответствующих анаэробных бактерий. Сама реакция — экзотермическая, но при температуре окружающей среды существенно ниже требуемой температуры реакции сырье необходимо подогревать. Сложность заключается в том, что подогрев должен быть равномерным, и температура должна удерживаться в заданных пределах. Рациональнее всего использовать для подогрева реактора энергию сжигания биогаза, вырабатываемого установкой.

В крупных установках биогаз обычно перерабатывается в электричество в когенерационных установках (генератор на основе двигателя внутреннего сгорания).

Система охлаждения двигателя отводит тепло в специальную емкость. А дальше через теплообменники в этой емкости тепло подается для подогрева реактора, а также для внутренних нужд владельца биогазовой установки. В данном случае тепло является просто побочным продуктом когенерационной установки, вырабатывающей электричество.

Малые и средние биогазовые установки не вырабатывают столько много газа, чтобы загрузить стандартную когенерационную установку. Поэтому для их обогрева применяют стандартные газовые котлы, такие же, как и для обогрева помещений. Только трубы с горячей водой пропускают сквозь реактор. Эта конструкция не слишком сложная, но все же не имеет экономического смысла для малых биогазовых установок.

Для каждой биогазовой установки необходимо обеспечить начальный разогрев для того, чтобы началась реакция и стал вырабатываться биогаз. Если запускать установку в теплое время года, то при температуре окружающего воздуха свыше 20°C примерно через неделю реакция начнется, масса в реакторе начнет сама разогреваться, начнет выделяться биогаз. В холодное время года такой запуск невозможен. Поэтому для запуска необходим либо внешний источник газа, либо система электроподогрева. И если газ в большинстве случаев будет недоступен, то использовать электричество почти всегда возможно. А для малых установок система электроподогрева представляется единственно рациональной. Она не слишком дорогая, легко управляется и при хорошей термоизоляции реактора не будет слишком дорогой в эксплуатации.

Система перемешивания массы в реакторе

Сырье в реакторе в процессе протекания реакции имеет тенденцию разделяться на фракции. На дне реактора скапливается нерастворимый осадок, более легкие частички, увлекаемые пузырьками газа, поднимаются наверх и образуют корку. Все это существенно замедляет скорость реакции.

Для того, чтобы реакция протекала равномерно и эффективно, массу внутри реактора необходимо время от времени перемешивать. Также перемешивание улучшает равномерность прогрева сырья.

Но перемешивание химически активной массы внутри герметичного реактора — нетривиальная задача. Детали перемешивающего устройства должны быть сделаны из коррозионно-стойкого материала. Привод перемешивающего устройства должен находиться либо внутри реактора, либо необходимо применить высококачественную переходную муфту. Можно также применить гидравлическое либо пневматическое перемешивание. Из всех четырех способов самым дешевым и надежным для малых установок получается применение перемешивающего устройства, находящегося внутри реактора. Специальные переходные муфты не являются стандартным изделием, поэтому применение их в малых и средних биогазовых установках целесообразно при их серийном выпуске. Для пневматического перемешивания нужен качественный пожаро- и взрывобезопасный компрессор. Для гидравлического перемешивания нужен качественный мощный фекальный насос, который достаточно дорого стоит. Поэтому два последних способа целесообразней применять в крупных установках.

Мы пока применяем два первых способа перемешивания.

Система термоизоляции реактора

Реактор, как указано выше, представляет собой термос. Чем качественнее будет сделана термоизоляция, тем выше будет КПД реактора, тем меньше энергии будет расходоваться на поддержание необходимой температуры. Особенно важна термоизоляция при эксплуатации биогазовой установки в зимних условиях.

Идеальный термос имеет полые стенки, внутри которых вакуум. Реально это изготовить невозможно, но основной принцип термоизоляции состоит именно в этом: помимо внутренней силовой стенки реактора делается внешняя герметичная стенка с отражающим слоем, направленным внутрь. Между стенками — пустота, либо пористый наполнитель.

Газгольдер

Газгольдер — это емкость, в которой накапливается выработанный биогаз. Также газгольдер в биогазовой установке выполняет функцию стабилизатора давления газа и буфера при заправке реактора и сливе удобрений.

В больших биогазовых установках газгольдером служит сам реактор, который закрывается сверху специальной резиновой мембраной. Рабочий объем такого газгольдера не очень большой, но у крупных биогазовых установок нет неравномерностей в потреблении газа, поскольку весь газ сразу перерабатывается в электричество.

В малых и средних биогазовых установках потребление биогаза непредсказуемо, поэтому желательно, чтобы рабочий объем газгольдера соответствовал хотя бы одно- или двухчасовой выработке биогаза установкой. Также желательно, чтобы рабочий объем газгольдера более чем в два раза превышал объем единоразовой заправки или слива сырья. Для малых и средних биогазовых установок обычно применяют мокрые и сухие газгольдеры. Мокрый газгольдер имеет заметно большую стоимость и сложность в эксплуатации, чем сухой, изготовленный из современных синтетических материалов.

Газовая система

Биогаз, выработанный биогазовой установкой, не подается напрямую потребителю, а проходит через несколько специальных устройств, которые можно назвать газовой системой биогазовой установки.

Прежде всего, биогаз необходимо пропустить через обратный клапан, который обеспечивает движение газа только в одном направлении — от реактора к потребителю. Самый простой обратный клапан — жидкостный, похожий на тот, который мы применяем, сбраживая домашнее вино. Этот обратный клапан может быть общим для нескольких реакторов, обеспечивая одновременно независимость их газовых систем, и в то же время равенство давлений в рабочих режимах.

Для контроля над давлением газа устанавливается манометр. Также обязательным и важнейшим элементом является предохранительный клапан, который стравливает в атмосферу биогаз при превышении допустимого давления. Такой предохранительный клапан тоже проще и дешевле всего сделать жидкостным, как и обратный клапан. Только жидкость в него необходимо заливать незамерзающую и неиспаряющуюся, типа «Тосол», поскольку она напрямую сообщается с атмосферой.

Вообще говоря, метан — основная составная часть биогаза — более всего разрушает озоновый слой Земли, и поэтому выбросы метана в атмосферу с точки зрения экологии очень нежелательны. Поэтому биогаз, прошедший через предохранительный клапан, обычно сжигают в факельной установке. Факельная установка — это горелка, на которую подается искра для розжига в момент срабатывания предохранительного клапана, и огонь поддерживается, пока предохранительный клапан открыт. То есть механизм действия точно такой же, как и в современных газовых котлах.

Система слива переработанного сырья

В больших биогазовых установках шлам, или отработанное сырье сливают при помощи шнековых насосов.

Для малых и средних биогазовых установок, выполненных на базе реакторов нашей конструкции, выгоднее всего сливать шлам под действием силы тяжести в емкость, расположенную ниже реакторов. При этом система слива представляет собой обычную канализационную трубу с соответствующим краном. Главная технологическая особенность — это окончание трубы, которое должно обеспечить невозможность засасывания в реактор воздуха при сливе.

Автоматика управления биогазовой установкой

Для бесперебойного функционирования биогазовой установки необходим блок автоматики, который контролирует все параметры и поддерживает заданную температуру и интенсивность реакции. Работа блока автоматики базируется на информации, снимаемой несколькими датчиками: датчиком температуры сырья в реакторе, датчиками уровня сырья в реакторе. Основываясь на этих показаниях, а также по сигналам таймера, блок автоматики включает и выключает систему подогрева, систему перемешивания, а также сигнализирует о начале и конце залива и слива сырья.

Блок автоматики нашей разработки базируется на стандартных недорогих промышленных контроллерах. Для управления мощной нагрузкой, такой как электронагревательные элементы или двигатели системы перемешивания, применяются магнитные пускатели.

Алгоритмы работы биогазовой установки

В зависимости от количества реакторов у биогазовой установки может быть несколько алгоритмов работы, базирующихся на непрерывном или прерывистом цикле.

В первой загрузке реактора биогазовой установке обязательно должно присутствовать некоторое количество анаэробных бактерий. В природных условиях эти бактерии живут в «рубце» крупного рогатого скота. Поэтому навоз КРС — самое лучшее сырье для старта работы биогазовой установки. Также «закваской» может служить шлам — отработанное сырье биогазовой установки. После загрузки и разогрева сырья до требуемой температуры может пройти неделя, пока выделение газа достигнет номинальных величин. Цикл брожения длится от двух недель до месяца, но шлам сливают тогда, когда выделение газа заметно падает. Шлам сливают на две трети, оставляя в реакторе одну треть в качестве «закваски». Затем цикл повторяется. Понятно, что при таком прерывистом алгоритме работы биогазовой установки, выделение газа будет неравномерным, а следовательно биогаз сложно использовать для каких-нибудь полезных целей.

Есть режим непрерывного цикла, когда, например, каждый день из реактора сливается 1/20 объема шлама, и такое же количество сырья заливается. Газ при этом выделяется равномерно, но биоудобрения получаются некачественными, поскольку в сливаемом шламе находится 1/20 неперебродившего сырья. Это вредно также и с экологической точки зрения.

Для доводки биоудобрений до требуемой кондиции в таком случае применяют камеру дображивания.

Схема параллельного и последовательного соединения реакторов для наращивания мощности биогазовой установки

Камера дображивания фактически представляет собой еще один реактор. Именно эта мысль и натолкнула нас на один из ключевых моментов нашей технологии производства биогазовых установок.

Можно делать биогазовые установки с несколькими реакторами. При увеличении количества реакторов остается та же самая система загрузки и система слива сырья (точнее, они увеличиваются незначительно) газовую систему обогрева можно спроектировать с таким запасом, чтобы тот же котел мог потянуть несколько реакторов, система автоматики увеличивается только на необходимое число модулей управления температурой. То есть, при увеличении мощности биогазовой установки путем добавления дополнительных реакторов, стоимость установки растет не пропорционально увеличению суммарного объема реакторов, а меньше.

Реакторы можно соединять параллельно и последовательно. Если N реакторов соединяются параллельно, то выгрузка и загрузка в каждый из реакторов по очереди производится через каждые 20/N дней (с учетом длительности цикла в 20 дней). При этом каждый реактор один раз в 20 дней опорожняется на две трети, и затем заполняется свежим сырьем. Качество биоудобрений при этом будет максимальным, но выработка биогаза недостаточно равномерной, особенно, если реакторов мало.

Если соединить реакторы последовательно, то необходимо каждый день сливать и заливать 1/20 суммарной рабочей емкости реакторов (она составляет 80% общей емкости реакторов). Выработка биогаза при этом будет максимально равномерной. Качество удобрений будет зависеть от количества реакторов.

Мезофильный и термофильный режимы работы биогазовой установки

Есть несколько видов анаэробных бактерий, каждый из которых максимально эффективно работает при определенной температуре. В связи с этим различают различные температурные режимы брожения. На практике используются два режима: мезофильный (30-40°C) и термофильный (51-55°C).

В термофильном режиме реакция идет в два раза быстрее, и соответственно в два раза быстрее выделяется биогаз. Также термофильный режим имеет преимущества с точки зрения экологии, поскольку в этом режиме уничтожаются почти полностью все болезнетворные микроорганизмы. Но термофильный режим требует больших энергозатрат на поддержание необходимой температуры реакции, а также большей точности поддержания температуры. Кроме того, качество биоудобрений в этом режиме получается хуже, чем в мезофильном.

Мезофильный режим предъявляет менее строгие требования к точности поддержания температуры, но не всегда может подходить с точки зрения экологии.
Если нас интересуют прежде всего биоудобрения, то мезофильный режим — это безальтернативный выбор. Если необходимо существенно сэкономить на стоимости биогазовой установки, то подходит термофильный режим. Ведь установка, работающая в термофильном режиме имеет в два раза большую пропускную способность, и, соответственно, может быть уменьшена в два раза по сравнению с установкой, работающей в мезофильном режиме, при переработке того же количества сырья.

Поделиться ссылкой:

что это такое, расчет и чертежи, как сделать в домашних условиях

Содержание статьи:

Стационарная биогазовая установка предназначена для эффективной ликвидации отходов, получения сырья и недорогих энергоресурсов. Собрать такое оборудование можно своими руками и применять вырабатываемый газ с целью отопления помещения, приготовления пищи, а также других нужд. Перед строительством полезно узнать о принципе работы установки, подходящих для нее типах сырья, специфике получения биологического газа и всех этапах монтажа.

Определение биогаза

Биогазовая установка выделяет газ путем сбраживания отходов

Биогаз стандартного типа – это натуральное топливо, образуемое в результате процессов сбраживания биологических субстратов. Он разлагается под воздействием гидролизных, а также кислото- и метанообразующих бактериальных организмов. Полученная смесь обладает горючими свойствами из-за высокого содержания метана, благодаря своим характеристикам она почти не отличается от привычного природного сырья, применяемого для бытовых и промышленных целей. Биогаз представляет собой экологически чистое вещество, технология его производства также не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. В качестве сырьевого компонента для него применяются отходы жизнедеятельности, которые необходимо утилизировать.

Установка с биогазом будет выгодна собственникам частных строений, имеющих доступ к отходам от животноводческих хозяйств. В этом случае оптимальным вариантом станет строительство сразу нескольких биогазовых станций.

Принцип работы биогазовой установки

Этот прибор может иметь различную комплектацию, которая зависит от его мощности, типа применяемого сырья и продукта, который получается в итоге. Монтаж стандартного типа включает в себя установку накопительной емкости, мельниц и миксеров, газгольдера накопления вырабатываемого газа, реактора и системы для подачи в него отходов, систем передачи топливного компонента, обработки, автоматики, контроля и защиты производственных процессов. Биогазовая домашняя станция работает по стандартному принципу:

1. В герметичную емкость засыпают биомассу, которая разбавляется водой, там она начинает бродить и выделять газовое вещество.
2. Содержимое емкости обновляют, сливая отработанные отходы и добавляя свежие.
3. Накопленный в верхней части емкости газ по трубке переходит в газовый сборник и затем в подключенные бытовые приборы.

Главное преимущество этого альтернативного энергетического источника заключается в сокращении выбросов метана. После такой переработки и ее поэтапного процесса образуются эффективные удобрения, идеально подходящие для полей и огородов, а также не содержащие опасных примесей.

Какое сырье подходит для установки

В биогазовых установках используются отходы домашних животных, содержимое септиков

Любая установка для биогаза лучше всего работает на свежем органическом компоненте – навозе домашнего скота либо птицы, запасы которого должны пополняться каждый день. В реактор можно дополнительно добавлять измельченную траву, ботву либо листву, включая бытовые отходы, например, овощные очистки. Результативность работы станции напрямую зависит от вида используемого сырья. Наибольшее количество биологического газа получается из смеси помета свиней и индюшиного навоза. Сочетание отходов коров и силоса позволяет получить гораздо меньше газа при аналогичной нагрузке.

Некоторые факторы способны понижать активность анаэробных бактерий и даже полностью приостановить производство натурального биогаза. В резервуар не должно поступать сырье, содержащее антибиотики, плесень, синтетические компоненты моющего типа и смолы. Не стоит применять перегнивший навоз, загружать внутрь установки можно только свежие либо высушенные отходы. Помимо этого сырье не должно быть переувлажненным, критическим считают показатель в 95%.

С целью облегчения загрузки биологической массы и ускорения процессов сбраживания в отходы необходимо добавлять немного очищенной воды и разводить ее до нормальной консистенции.

Специфика получения биогаза

После получения газа отходы биогазовой установки применяют в качестве удобрения

Биогаз, произведенный в домашних условиях, перерабатывается в биологическом реакторе на протяжении нескольких этапов. На протяжении некоторого времени на биомассу воздействуют бактерии, точные сроки сбраживания будут зависеть от объемов сырья. За счет работы бактерий образуется горючая газовая смесь, содержащая метан, углекислый газ и ряд других веществ, включая сероводород. Далее смесь из реактора переходит в газгольдер, где сохраняется до начала целевого использования, газ оттуда можно применять и для обслуживания бытовых приборов, по свойствам он не уступает натуральному. Разложенную массу нужно своевременно убирать из ферментатора, чтобы в итоге получить высококачественное удобрение.

Расчет рентабельности биогазовой установки

Вырабатывать биогаз своими руками выгодно, поскольку 1 куб.м этого топлива предоставляет аналогичный объем энергии, как 3,5 кг дров, 1-2 кг угля или 9-10 кВт электричества. Если знать приблизительный вес доступных отходов и количество требуемой энергии, можно рассчитать возможные выгоды и минусы такой станции.

В качестве примера можно привести расчет субстрата, приготовленного из 1,5 навозного компонента, 3,5 тонн органических отходов и подогретой воды в количестве, равном 65-75% от стандартного объема органики. Это сырье рассчитано на шесть месяцев умеренного использования газа. Процесс ферментации дает нужный результат спустя 10-15 суток, газ начнет вырабатываться в минимальном количестве и заполнить емкость. Через тридцать дней топливо будет вырабатываться в полноценном режиме. При отсутствии проблем и корректной работе станции объем увеличивается постепенно вплоть до полного перегнивания субстрата.

Производительность биогазовой станции будет зависеть от скорости перебраживания сырья, которая связана с повышенным уровнем влажности и температурой субстрата.

Этапы строительства своими руками

В качестве накопителей газа используются автомобильные камеры

Биологический газ своими руками полностью доступен каждому владельцу частного строения, который может самостоятельно сделать максимально простую и надежную установку. Ее монтаж осуществляется по чертежам и состоит из нескольких шагов.

Подготовка ямы

Поскольку биогазовая установка расположена под землей, эффективность ее работы будет зависеть от того, насколько качественно была проведена подготовка и отделка специальной ямы. Укрепить ее стенки можно с помощью пластика, бетона либо полимерных колец, которые должны быть оснащены глухим днищем. Они будут стоить дороже, чем подручные материалы, но при этом не потребуют дополнительного герметика. Полимерные компоненты не боятся воды и химических компонентов, но при этом чувствительны к механическим воздействиям, если понадобится, их всегда можно заменить.

Система отвода газа

Получение природного биогаза осуществляется с помощью патрубка, который устанавливают в верхнем элементе бочки. Вещество выходит на гидрозатвор по подсоединенной трубке, потом переходит в накопитель и перемещается к приборам бытового типа. Недалеко от отвода газа устанавливают спусковой клапан, в случае превышения давления внутри емкости он выпустит излишки вещества.

Система подачи и выгрузки сырья

Для постоянного вырабатывания газовой смеси в биогазогенератор бактерии внутри субстрата необходимо постоянно обеспечивать свежим навозом и органикой. Отработанное сырье убирают из бункера, чтобы оно не заняло лишнее место. В бочке проделывают отверстия с целью выгрузки и загрузки, в которые вваривают трубы с диаметром не меньше 300 мм. Трубопровод загрузочного типа должен быть направлен вверх, его дополняют воронкой, а сливную часть строят таким образом, чтобы во время работы было удобно собирать отходы после переработки.

Система подогрева

Если установка располагается на улице, необходимо обеспечить подогрев сырья

Если станцию размещают во дворе или в неотапливаемой комнате, ей понадобится обеспечить оптимальную теплоизоляцию и стабильный подогрев. Для этой цели можно завести внутрь установки трубки, по которым вода перемещается из отопительной системы, и установить их вдоль стен бочки. Также в реактор кладут резервуар, наполненный водой, подогретой электрическими ТЭНами, первый вариант считается более экономичным. Чтобы работа установки была стабильной, температура ее содержимого не должна опускаться ниже 38 и подниматься выше 55 градусов.

Система перемешивания

Дополнительная ручная мешалка с любой конструкцией способна заметно повысить эффективность станции. Для ее создания ось с приваренными к ней лопастями выводят сквозь крышку бочки наружу. Затем на нее надевают ручку-ворот и полностью герметизируют отверстие.

Монтаж купола и труб

На завершающем этапе понадобится сделать газгольдер своими руками для станции биогаза и установить купол ее верхнего элемента. В наиболее высокой купольной точке ставят трубу отвода газа и протягивают ее по направлению к газгольдеру.

Свободное пространство внутри реактора выполняет функции газового хранилища, но этого не хватит для полностью безопасного функционирования установки. Во избежание взрыва от повышенного давления под куполом газ должен использоваться постоянно. Для предотвращения смешивания биологического метана с воздухом ставят гидрозатвор, который также предназначен для очищения газа.

Преимущества и недостатки биогазовой установки

Биогазовая установка не загрязняет окружающую среду, поставляет органическое удобрение для огорода

В перечень преимуществ входит:

• возможность безопасной утилизации отходов;
• получение возобновляемых запасов экологичного сырья;
• выделение минимального количества углекислого газа и серы по сравнению с обычными газовыми установками;
• полноценная стабильность работы станции;
• возможность использовать сразу несколько установок для снижения издержек и предотвращения ущерба;
• максимальные выгоды для сельского хозяйства.

Помимо всех перечисленных достоинств у биогазовой установки есть и свои минусы. Такой газ является относительно чистым топливом, но он все же способен загрязнять окружающую среду. Также у владельцев таких станций могут возникать сложности с поставками биомассы, если они не позаботятся об этом заранее.

Индивидуальная биогазовая установка — AgroXXI

В приведенной статье Г. Осадчего предлагается аккумулировать часть солнечной энергии в биогазе

В России, зимой, кроме потребления выработанного биогаза на технологические нужды дополнительно его львиная доля идет на отопление просторных помещений (их объем определяется требованиями пожаро(взрыво)безопасности), где размещаются биореакторы. Поэтому предлагается производство биогаза в России осуществлять только летом, с размещением биореактора в солнечном соляном пруду, с использованием солнечной энергии, и его производство (биогаза), большую часть времени, осуществлять в термофильном режиме, наиболее эффективном режиме метаногенерации, исключая использование биогаза на технологические нужды. По существу, для зимнего периода, предлагается аккумулировать часть солнечной энергии в биогазе.

 

Технологии, использования отходов растениеводства и животноводства для производства биогаза (биометана) описаны подробно [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Эти технологии более всего подходят для удаленных районов с низкой плотностью населения, энергообеспечение которого связано с высокими затратами по доставке органического топлива и передаче электроэнергии.

Кроме этих технологий, можно продолжать использовать в качестве топлива коровий навоз в высушенном виде, солому и стручки семян для обогрева домов. В настоящее время они также относятся к одному из видов возобновляемых топливно-энергетических ресурсов — «другая биомасса».

Однако при естественной сушке навоза в атмосферу выделяется много биометана и СО₂, что приводит к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию отходов. Так, в США в настоящее время на отходы животноводства приходится около 8 % связанных с деятельностью человека выбросов биометана. Поэтому в США для хранения животных отходов часто используются крытые пруды. При этом для сбора биогаза, выделяющегося из отходов (как правило, при психофильном режиме) применяется так называемая плавающая крыша, вершина которой снабжена клапаном и системой труб для отвода биогаза потребителю. Особенности этой биогазовой технологии подробно описаны в работе [7].

Развитие микробиологической отрасли по анаэробному превращению органических веществ это актуальная задача сегодняшнего дня. В зависимости от конкретной обстановки на первый план может выходить прямое получение энергии, экономия энергии в процессе очистки органических стоков, получение исходных восстановленных веществ из возобновляемых источников энергии (ВИЭ), получение энергии в виде моторного топлива, удобрений длительного действия.

Использование энергии из возобновляемых источников представляется возможностью решения ряда глобальных и региональных проблем, вызванных развитием энергетики, основанной на ископаемом топливе. Современное использование биомассы можно считать использованием возобновляемых ресурсов только в том случае, если система обеспечивает соответствующее возрастание урожая.

Определенные надежды часто возлагают на фотосинтез водорослей, которые могут расти значительно быстрее, чем происходит наземная вегетация. Однако для культивирования водорослей требуется концентрация углекислоты и создание установок, сопоставимых по сложности с гидропоникой. Поскольку последняя дает пищевую продукцию, она, бесспорно, будет иметь приоритет. Вообще в альтернативе: пища или топливо приоритет должен быть отдан пище. Наглядным примером служило развитие гидролизной промышленности в СССР, которая использовала наиболее дешевую и доступную биомассу — лесные отходы.

Традиционная энергетика, основанная на газе, нефти, угле, несомненно приводит к исчерпыванию резервуара О₂ быстрее, чем «зеленое топливо», одновременно производящее кислород, но она не требует таких огромных площадей и главное не конкурирует с производством пищи.

Тем не менее, анализ возможностей «зеленого топлива» как основного источника энергии приводит к пессимистическим выводам.

Оптимистический прогноз возникает лишь при рассмотрении возможностей анаэробного метаногенеза органического сырья (отходов) как многоцелевого процесса. Этот процесс, резко уменьшающий расход энергии при переработке, осуществляется сообществом микроорганизмов, которые способны из самых разнообразных органических веществ (кроме лигнина) образовывать смесь биометана с углекислотой, получившую название «биогаз».

Общие схемы переработки биомассы представлены в монографии [8].

Как известно, режимы биогазовых технологий в зависимости от температуры подразделяются на психофильный (15 – 20 °С), мезофильный (30 – 40 °С) и термофильный (52 – 56 °С). Анаэробная переработка органических веществ, в биогазовых реакторах представляет собой сложный процесс. Он осуществляется в три основных этапа при участии целого ряда микроорганизмов. Первоначально группа микроорганизмов преобразует органические вещества в форму, которую вторая группа микроорганизмов использует для выработки органических кислот. А затем биометан-производящие анаэробные бактерии разлагают эти кислоты и завершают процесс переработки.

Анаэробные бактерии способны «переваривать» органический материал в отсутствии кислорода, в отличие от аэробного разложения при компостировании, которое требует много кислорода. Более сухой навоз, сложенный в кучи, под действием микроорганизмов-аэробов понемногу разлагается, и разогревается в процессе разложения до 50 – 70 °С.

Для увеличения концентрации метанобразующих бактерий в реакторе и интенсификации образования биометана используют способность микроорганизмов хорошо адсорбироваться на поверхностях твердого тела. В качестве иммобилизующих поверхностей используют стекловолокно, капроновые нитки, активированный уголь и другие материалы, причем выход биогаза увеличивается в 2 раза [9].

Также влияет на интенсивность метаногенеза температура.

Теоретические и практические исследования в области биологической переработки растительной биомассы, отходов животноводства и т.д. в биогаз показали, что активность бактерий и соответственно объем биогаза, получаемого в результате переработки, при прочих равных условиях напрямую зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс переработки, больше вырабатывается биогаза, меньше остается бактериальных и вирусных болезнетворных организмов. Так, при температуре от 52 до 56 °С выработка биогаза идет в 1,5 – 3 раза быстрее, чем при 30 – 40 °С, и достигается эффективное обеззараживание получаемых удобрений (активность бактерий и, следовательно, выработка биогаза существенно падает в интервале температур 51,7 и 39,4 °С, и в меньшей степени от 35 до 0 °С).

Сегодня интенсивность метаногенерации является одним из основных показателей эффективности технологии получения биогаза, и её повышение – приоритетная задача научных исследований и разработок. Также этот процесс очень чувствителен к таким факторам, как изменение в исходных материалах и к колебаниям температуры — метановые бактерии сравнительно легко выдерживают температурные колебания среды в биореакторе только в пределах 3 – 4 °С/сутки.

Устойчивый процесс метаногенеза может быть осуществлен лишь при равномерной подаче однородного субстрата. В этом случае накапливается микрофлора, осуществляющая основной маршрут, и скорость процесса возрастает. Какие-либо перебои или изменения в составе субстрата, изменения физико-химического режима приводят к тем более длительной задержке, чем интенсивнее шел процесс до этого. Таким образом, не может быть универсальной установки для переработки органического сырья в биометан. Действующим инструментом является не сооружение, а микробное сообщество в нем. Поэтому рекордные возможности метаногенеза обычно бывают на откормочных пунктах, там, где длительная стабилизация состава навоза.

Недостатком подавляющего большинства эксплуатируемых в настоящее время биогазовых установок различных типов является то, что у них поддержание термофильного режима переработки отходов в биогаз обеспечивается за счет недопустимо высокого расхода различных высоколиквидных топлив (за счет сжигания ⅓ части вырабатываемого биометана). А при эксплуатации их в России зимой для них требуются изолированные помещения (укрытия), а значит и дополнительный расход энергии на поддержание в этих помещениях микроклимата. Для сравнения. Потребление теплоты на собственные нужды котельной составляет: при сжигании газового топлива — 2,3 – 2,4, твердого — 2,4 – 4,9, жидкого — 3,5 – 9,7 %.

Возвращаясь к схемам возможных микробиологических путей переработки органических веществ в топливо, следует отметить, что только метаногенез имеет обратный маршрут к биомассе. Сброженный осадок метантенка представляет удобрение длительного действия, которое возвращает питательные элементы на поля и, следовательно, экономит энергию, затрачиваемую на удобрения. Обычным возражением против метаногенеза в сельском хозяйстве служит ссылка на необходимость использования навоза как органического удобрения. Эта ссылка не совсем точна, поскольку при метаногенезе происходит сокращение на ⅔ балластных органических веществ, отходящих в виде биометана и углекислоты, и соответственном сокращении транспортных расходов на вывоз удобрений на поля. Особенно выгоден термофильный вариант метаногенеза, который выполняет наиболее жесткие санитарные требования. Недостатком метаногенеза является его высокая стоимость как метода очистки органических стоков по сравнению с аэробной очисткой.

Таким образом, при самом скептическом отношении к возможностям «зеленого топлива», развитие анаэробных методов переработки органических отходов представляется беспроигрышным подходом.

Если биогазовое сырье высушить и сжечь, то теплота его сгорания составит примерно 16 МДж/кг (около 10 % потенциальной теплоты сгорания теряется в процессе сбраживания). Таким образом, КПД конверсии составляет 90 %. В то же время, материал с повышенной влажностью, будучи введен в процесс сбраживания, дает высококачественное с хорошо управляемым горением газообразное топливо, тогда как одно лишь удаление 95 % влаги из навоза требует до 40 МДж теплоты на 1 кг сухого остатка [10].

Поиски оптимальной архитектуры комбинированных биогазовых установок, способствующей уменьшению использования биометана на собственные технологические нужды при его производстве находит все более широкое отражение в трудах исследователей [11]. Так использование оборудования энергетики ВИЭ — ветроустановок, солнечных коллекторов, для поддержания рабочей температуры в биореакторе позволяет практически в 1,5 – 2 раза повысить КПД биогазовой системы. Это особенно актуально, если очищенный от СО₂ биометан затем использовать в качестве моторного топлива для автотранспорта, или закачивать в существующие сети природного газа.

Вывод биогазовой отрасли на устойчивую рентабельность в весенне-летний период и до глубокой осени возможен на взгляд автора за счет поддержания в метантенк-реакторах температуры 53 – 54 °С в составе комбинированной установки, разработанной в Конструкторском Бюро Альтернативной энергетики «ВоДОмёт» (г. Омск), включающей в себя также солнечный соляной пруд (рисунки 1, 2) с соответствующим запасом тепловой энергии. За счет использования солнечной энергии.

Метантенк-реактор 1 (рисунок 1) размещен на дне пруда 2, в который поступает прямое солнечное излучение 4 и отраженное от концентратора 5.

1 – метантенк-реактор, 2 – солнечный соляной пруд, 3 – корпус теплового коллектора, 4 – солнечное излучение, 5 – концентратор солнечного излучения, 6 – грунт, 14 – зазор между корпусом теплового коллектора 3 и метантенк-реактором 1.

Рисунок 1 – Схема гелиометантенк-реактора биогазовой комбинированной установки

1 – метантенк-реактор, 2 – солнечный соляной пруд, 3 – корпус теплового коллектора, 7 – трубопровод подачи сырья в реактор, 8 – трубопровод отвода биогаза из реактора, 9 – трубопровод отвода шлама из реактора, 10, 11, 12 – вентиль запорный, 13 – заборник воздуха из атмосферы, 14 – зазор между корпусом теплового коллектора 3 и корпусом метантенк-реактора 1.

Рисунок 2 – Разрез по А — А рисунка 1

Сырьё (растительная биомасса, отходы животноводства и т.д.) по трубопроводу 7 (рисунок 2) подается в метантенк-реактор 1, далее по тексту, в реактор 1, где перемешивается с имеющимся в нем сырьём мешалкой, за счет принудительной гидроциркуляции или по патенту А.В. Семенова [12], что обеспечивает равномерность состава и температуры сырья. Выработанный биогаз по трубопроводу 8 отводится в газгольдер (условно не показан). Образующийся в процессе переработки сырья (ферментации) шлам, равный по объему, поступившему в реактор сырью, выводится (утилизируется) из производственного технологического процесса по трубопроводу 9. В случае если в реакторе 1 отсутствует устройство отделения шлама от сырья, то вместе со шламом удаляется и часть сырья.

Поддержание необходимой температуры ферментации в реакторе 1, за счет использования солнечной энергии обеспечивается следующим образом.

Реактор 1 размещен внутри корпуса теплового коллектора 3 с зазором 14. При заполнении этого зазора водой (при открытых вентилях 10 и 11 и закрытом вентиле 12 поступающая через вентиль 11 вода вытесняет воздух из зазора 14 через вентиль 10 в атмосферу) поступление тепла из солнечного соляного пруда 2 к сырью в реакторе 1 максимально. Это обеспечивает, при необходимости, ускоренный нагрев сырья до наиболее эффективной температуры ферментации от 52 до 56 °С. После нагрева сырья до требуемой температуры, при закрытом вентиле 11 открывают вентили 10 и 12, что обеспечивает слив воды через вентиль 12 и осушение зазора 14. В результате интенсивность поступления тепла из солнечного соляного пруда 2 через воздушный зазор 14 уменьшается в десятки-сотни раз, по сравнению с тем, когда он был заполнен водой.

Дальнейшее поддержание температуры сырья в требуемых пределах можно обеспечивать как за счет синхронного регулирования подачи «холодного» сырья по трубопроводу 7 и отвода шлама по трубопроводу 9 так и за счет создания в зазоре 14 низкого вакуума или прокачке через него воды.

Такая комбинированная установка генерации биогаза обеспечивает работу реактора 1 в термофильном режиме, без затрат вырабатываемого биометана на собственные технологические нужды. Это очень актуально, если затем биометан используется в качестве моторного топлива, для обжига кирпича, освещения, для производства асфальта, выработки пара и для других технологических процессов, где нужна температура намного превышающая 100 ^оС. Биометаном можно заправлять локомотивы-турбовозы. Удаляемый при очистке биогаза до биометана углекислый газ можно использовать для выращивания водорослей.

При работе солнечной биогазовой установки только летом, зимой можно создавать значительные запасы навоза. Используя его летом вместе с отходами овощеводства и растениеводства можно бесперебойно готовить однородную органическую массу для ферментации — обеспечивая максимальную эффективность работы.

Подогретая в зазоре 14 реактора вода весной может использоваться для полива в теплицах и парниках, обеспечивая поддержание в них приемлемой температуры не только воздуха но и грунта, т.к., например, в мае естественная средняя месячная температура почвы на юге Омской области на глубине 0,4  составляет 8,7 °С, на глубине 0,8 м — 5,1 °С, а на глубине 1,6 м — всего 0,9 °С.

Зимой реактор 1, после очистки от шлама, можно использовать для резервного хранения биометана, пропана, бутана или природного газа.

При выработке биогаза насущной задачей является поиск оптимизации режимов — наилучшего режима без дополнительных текущих затрат.

Использование в технологическом производстве биогаза солнечной энергии позволяет обеспечить его летнее и осеннее производство с наибольшей эффективностью, что особенно важно в районах, отрезанных от крупных энергетических центров из-за разлива рек, бездорожья и т.д. Биогазовая отрасль может занять подобающее ей место, поскольку будет также обеспечивать, за счет вырабатываемого удобрения подержание плодородия почв, предотвращать свободную эмиссию биометана в атмосферу.

Стоимость биометана зависит от многих факторов, включая продажи «побочных» продуктов. Самую значительную прибавку к прибыли от продажи биометана можно получать от реализации жидких удобрений, поскольку это высоколиквидная продукция, пользующая постоянным спросом. Спрос на удобрения есть всегда, поскольку необходимым фактором функционирования аграрной биосистемы является баланс между внесением в почву и выносом из неё энергии в виде питательных веществ: внесение их должно быть не менее выноса.

По данным Х.З. Барабанер [13] сейчас в среднем за год гектар пашни получает (получал) 48 – 50 кг минеральных удобрений и 5,0 – 5,6 т навоза: что соответствует внесению — 11624078 МДж, а вынос всем биологическим урожаем — в 7 раз больше. Если же учесть, что органическая масса корневой системы, стерни и часть стеблей остаются в почве, то разница сокращается с 7 до 3,5 – 4 раз. Нельзя не учитывать и способности бобовых культур фиксировать биологический азот в почве (люцерна — 300, клевер — 200, кормовые бобы — 100, соя — 80, люпин — 70 кг/га), что позволяет снизить указанную разницу с 3,5 – 4 до 2,0 – 2,5 раз. Эта разница и определяет пределы необходимого сбалансирования выноса и внесения в почву питательных веществ. В связи с тем, что удельная энергоемкость навоза на порядок ниже минеральных удобрений, максимизация его внесения неразрывно связана с оптимизацией насыщенности сельских хозяйств животноводством. Для сохранения плодородия почвы необходимо иметь 74 условные головы крупного рогатого скота на 100 га пашни.

Исходя из такой потребности в удобрениях, приводим краткий перечень органических отходов различных производств, пригодных для выработки биогаза (биометана) и удобрений: зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом (при производстве сахара из свеклы отходы и побочные продукты составляю 85 – 88 % веса сырья), отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки). А также трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизельного топлива — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов— очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа [14].

В таблице 1 приведена возможная выработка биогаза при переработке подобного биотоплива.

Таблица 1 – Средний удельный выход биогаза при переработке различных сельскохозяйственных отходов [15]

Материал	Выход биогаза на единицу массы сухого органического вещества, л/кг	Материал	Выход биогаза на единицу массы сухого органического вещества, л/кг
Навоз свиной Навоз крупного рогатого скота Навоз лошадей Помет птиц Навоз овец Отходы из животноводческих помещений Солома пшеницы Солома ржи Солома ячменя Солома овса Солома кукурузы Солома рапса Пленка риса Лен	340 – 550   90 – 310 200 – 300 310 – 620 90 – 310     175 – 280 200 – 300 200 – 300 250 – 300 290 – 310 380 – 450 200 105 360	Конопля Трава Ракита Камыш Клевер Отходы зеленых культур Ботва картофеля Листья кормовой сахарной свеклы Листья подсолнечника Сельскохозяйственные отходы Семена растений Листва Водоросли Ил каналов	380 280 – 550 405 170 430 – 490 330 – 360 280 – 490   400 – 500 300   310 – 430 620 210 – 290 420 – 500 310 – 740

Как альтернатива в безлесных местностях, где нет ни торфяников, ни каменного угля, печи топят кизяком — высушенными на воздухе плитками из навоза и соломы. По внешнему виду, химическому составу, способности рассыпаться в сухом виде, кизяк сходен с торфом низких сортов. Как, и торф, кизяк содержит много влаги. Его рекомендуется сжигать в таких же топливниках, что и торф. В настоящее время он также относится к одному из видов ВИЭ — «другая биомасса».

Поэтому важную роль при сравнении рынка биометана играет потенциал рынка — максимальная его емкость при наибольшей активности предприятий-производителей биометана и благоприятной для продаж конъюнктуре. Сравнение, вносит ясность относительно возможностей расширения рынка, привлекательности биометана для бизнеса.

Потребление, а значит и выработку биометана для уменьшения расходов на его хранение необходимо прогнозировать. Однако потребление биометана особенно отдельным потребителем не будет постоянным, а изменяется в зависимости от характера производственной деятельности, быта, состояния погоды и т.д. Кроме случайных колебаний существуют закономерные циклические изменения потребление топлива, обусловленные периодической трудовой деятельность людей и сезонной цикличностью связанной с изменением времени года. Включение отдельных потребителей, особенно в жилых районах населенного пункта носит случайный характер, особенно при малом числе потребителей, поэтому их (мелких производителей биометана) необходимо объединять в одну сеть.

Для таких объединений характерно, что свойства отдельных элементов, их образующих, не определяют свойства объединения в целом.

Разноплановые потребители образуют систему с устойчивым во времени потреблением газа.

Для муниципального образования при оценке экономической эффективности использования биометана необходимо учитывать также создание новых рабочих мест, выработку удобрений и т.д., а для страны — сохранение запасов природного газа в недрах, отсутствие эмиссии биометана.

В свою очередь алгоритм оценки эколого-экономического эффекта использования удобрения, полученного при производстве биогаза, по сравнению с удобрением, полученным при компостировании растительной биомассы и навоза, должен учитывать балансы процессов связанных с поглощением кислорода при брожении навоза в буртах и выделением кислорода бурно растущей культурой после внесения удобрения.

При анаэробном процессе в биореакторе отсутствует поглощение кислорода атмосферы. А внесение удобрения способствует повышению роста растений, и, следовательно, повышению образования кислорода.

Следовательно, при анаэробной переработке органических отходов и использовании полученных из них удобрений однозначно баланс по поступлению кислорода в воздух положительный.

Аэробное сбраживание при компостировании осуществляется за счет использования атмосферного кислорода. Внесение удобрения, способствующее повышению роста растений, обеспечивает возврат использованного кислорода. Поэтому аэробный процесс можно считать в лучшем случае нейтральным с точки зрения воспроизводства (возобновления) кислорода, при условии использовании удобрений по назначению.

Как видим, мировой опыт внедрения энергетики ВМЭ достаточно богат. Удастся ли России ответить на вызовы, которые предъявляет сегодня мировая экономика? Особенно учитывая предельно жестокую мировую конкуренцию и борьбу за ресурсы? Без преувеличения, от решения этой задачи зависит сохранность органического топлива для будущего.

Список литературы

1 Сидыганов Ю.Н. Особенности обеспечения биогазом АПК Республики Марий Эл / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 6. С. 2 – 4.

2 Ракитова О. Государство и биоэнергетика / О. Ракитова // Альтернативная энергетика. 2007. № 5-6. С. 5 – 10.

3 Логвинов И.И. Развитие биогазовой отрасли в Омской области / И.И. Логвинов // Инновации Технологии Решения. 2005. № 5. С. 22 – 23.

5 Чумаков А. Биомасса отходов — энергетический резерв поселений / А. Чумаков, В. Ильин // Альтернативная энергетика. 2007. № 4. С. 12 – 15.

5 Панцхава Е.С. Биоэнергетика в агропромышленном комплексе России / Е.С. Панцхава, М.М. Шипилов // Энергия Экономика Техника Экология.– 2007.– № 8.– С. 30 – 34.

6 Горбунов А.В. Анаэробные дигесторы и альтернативная энергетика / А.В. Горбунов // Оборудование Разработки Технологии. 2009. № 10 – 12. С. 16 – 20.

7 Развитие возобновляемых источников энергии в России: возможности и практика (на примере Камчатской области) GREENPEACE, Москва, 2006, 89 с.

8 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) / Г.Б. Осадчий. Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.

9 Усаковский В.М. Возобновляемые источники энергии / В.М. Усаковский. М.: Россельхозиздат, 1986. 126 с.

10Твайдел.Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайдел, А. Уэйр. М.: Энергоатомиздат, 1990. 392 с.

11 Селин В.В. К вопросу о разработке концепции использования биотоплива в энергобалансе Калининградской области / В.В. Селин // Электрика. 2006. № 8. С. 9 – 12.

12 Патент.2272392 РФ, МКИ/ А 01 С 3/02, Биоэнергетическая установка / А.В. Семенов: Б. И. 27. 03. 2006, Бюл. № 9.

13 Методические вопросы развития энергетики сельских районов / Х.З. Барабанер, В.М. Никитин, Т.И. Клокова и др. Иркутск, СЭИ, 1989. 260 с.

14 Горбунов А.В. Анаэробные дигесторы и альтернативная энергетика / А.В. Горбунов // Оборудование Разработки Технологии. 2009. № 10 – 12. С. 16 – 20.

15 Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающий технологии и агрегаты на животноводческих фермах. М.: Агропромиздат, 1988 228 с.

16 Самойлов В. Альтернативная энергетика — вектор развития/ В. Самойлов // Энергосбережение в Сибири. 2010. № 1. С. 89 – 91.

принцип действия, плюсы и минусы

Дата публикации: 27 февраля 2019

Среди альтернативных источников энергии биогаз выделяется тем, что для его производства нужны не столько природные ресурсы, сколько отходы различного вида производства. Это делает биогаз контролируемым человеком источником энергии. Ему не страшны ни безветрие, ни облачность. Объем необходимого для производства биогаза сырья всегда можно рассчитать заранее.

Биогазовая установка: принцип работы

Биогазовая станция перерабатывает органические отходы и производит биогаз и биомассу. Происходит это следующим образом. Когда сырье попадает в реактор, на него начинают воздействовать специальные виды бактерий — метанообразующие, кислотообразующие и гидролизные. Органическое сырье начинает бродить и разлагаться. В результате этих процессов выделяется биогаз. Под биогазом подразумевается смесь углекислого газа с метаном с небольшими вкраплениями азота, сероводорода, аммиака.

Работает биогазовый агрегат следующим образом:

1. Накопительные емкости заполняются сырьем (это органические отходы производства, например, навоз или опилки).
2. При необходимости сырье измельчается и перемещается в переходную емкость, где его подогревают.
3. После этого сырьевая масса пригодна для обработки в герметичном реакторе. Там она также подогревается до 40 градусов, а также регулярно перемешивается.
4. Далее сырьевая масса преобразуется в биоудобрение и биогаз. Время сырьевой обработки в реакторе зависит от типа сырья.
5. Биоудобрения собираются в самом реакторе, а извлекаются только после полного завершения процесса переработки. Далее они поступают в накопительную емкость, где разделяются на твердые и жидкие. После чего их можно использовать по назначению.
6. Биогаз под низким давлением собирается в газгольдере, затем проходит очистку, после которой либо готов к использованию, либо идет на переработку для получения тепловой либо электрической энергии.

Плюсы биогазовых установок

Биогазовые станции как источники альтернативной энергии имеют ряд преимуществ:

• Они способны производить энергию при любых погодных условиях. Это их выгодное отличие от гелиостанций и ветрогенераторов.
• Кроме того, в отличие от агрегатов, работающих с энергией солнца или ветра, производительность биогазовых установок всегда на высоте.
• Они добывают энергию из доступного сырья, объемы которого неисчерпаемы. Для таких установок можно использовать органические отходы деревообработки, сельского хозяйства и пищевой промышленности.

• Необходимое для установки сырье практически всегда бесплатно либо имеет очень низкую стоимость.
• Являются прекрасным решением проблемы утилизации органических отходов. Это прямая экономия на строительстве очистительных сооружений. К тому же, такие установки существенно уменьшают обязательные санитарные зоны вокруг предприятий.

Минусы биогазовых установок

Как ни странно, биогазовые агрегаты имеют ряд недостатков:

• Установка всегда должна размещаться поблизости от источников сырья, например, возле животноводческих ферм.
• В процессе работы установки образуется газ с неприятным запахом, поэтому приходится располагать ее на достаточном расстоянии от жилья.
• Оборудование биогазовой станции имеет высокую стоимость, а также большой срок окупаемости.
• Домашние установки не могут служить основным источником энергии для бытовых нужд, поскольку маленькие хозяйства не производят достаточного количества органических отходов.
• Хотя биогаз считается экологичным видом топлива, при сгорании он выделяет какую-то долю вредных веществ. Это его отличие от, например, топлива из опилок.

Станции по производству биогаза уместны там, где есть достаточное количество сырья. Это главное условие постройки или приобретения такого агрегата. Сферы применение биогазовых установок достаточно широкие. Они нужны на животноводческих фермах, сельскохозяйственных предприятиях, на пищевых фабриках, на деревообрабатывающих заводах и просто в домашних хозяйствах. Сам биогаз используется для получения тепловой и электрической энергии, заправки газовых плит и автомобилей.

Что такое биогазовый реактор и замедление биогаза

Для тех, кто спрашивает « Что такое биогазовый реактор », мы используем следующее определение:

Биогазовый реактор в биогазовой установке (завод анаэробного сбраживания) — это емкость или сосуды, в которых технология анаэробной очистки производит два основных продукта.

Это:

(a) сброженная суспензия (дигестат), которая может использоваться в качестве удобрения, и

(b) биогаз, который может использоваться в качестве источника энергии.

Биогаз — это смесь метана, диоксида углерода и других газовых примесей, которая может быть преобразована в тепло, электричество или свет.

Следующее видео объясняет больше о том, что такое биогаз:

Посмотрите наше видео выше, чтобы узнать, что такое биогазовый реактор…

Малые биогазовые реакторы

Малые биогазовые реакторы обычно предназначены для производства биогаза на заводе. на уровне домохозяйства или общины в сельской местности. В большинстве малых биогазовых реакторов воздухонепроницаемые реакторы закапываются в землю и заполняются навозом с фермы и дома.

Также можно добавлять кухонные и садовые отходы, а туалеты могут быть напрямую связаны с реактором для совместной обработки экскрементов.

Схема маломасштабного биогазового реактора

Крупномасштабные коммерческие биогазовые реакторы

Хотя процесс в больших коммерческих биогазовых реакторах такой же, как и в малых. Крупномасштабные коммерческие биогазовые реакторы варьируются от варочных котлов, построенных для обслуживания небольшой фермы (то есть «малой» в западных терминах), до варочных котлов, построенных для сбраживания осадка от крупных очистных сооружений.Во всех случаях определение реактора одно и то же, хотя большинство крупномасштабных биогазовых реакторов изготавливаются из круглых стальных резервуаров, которые изолированы для необходимого удержания тепла.

Более подробное альтернативное определение «Что такое биогазовый реактор»

Биогазовый реактор — это герметичная камера, которая способствует анаэробному разложению черной воды, ила и / или биоразлагаемых отходов (например, навоза, кухонных и садовых отходов). Это также облегчает сбор биогаза, смеси метана (Ch5) и диоксида углерода (CO2), образующихся в процессе ферментации в реакторе.

Газ образуется в суспензии и собирается в верхней части камеры, перемешивая суспензию по мере ее подъема.

Давление поднимающегося газа можно использовать для транспортировки газа в сборный сосуд или непосредственно туда, где он будет использоваться. Дигестат богат органическими веществами и питательными веществами, почти не имеет запаха, а патогены частично инактивированы.

Биогазовые реакторы — живые организмы: реакция оператора при падении выхода биогаза

Биогазовые реакторы

работают нормально большую часть времени, когда оператор использует сырье, с которым оператор завода имеет опыт, но когда вводится новое сырье или даже когда используется знакомое сырье. при использовании качество и / или количество биогаза может снизиться.Необходимо принимать меры, когда биологический процесс проявляет признаки дисбаланса.

В этом контексте у оператора есть только несколько опций, доступных на большинстве заводов AD. Оператор может снизить скорость подачи или прекратить подачу, и в этом случае реактор может стабилизироваться, разбавить биомассу или добавить свежую или дегазированную биомассу, чтобы исправить дисбаланс в химии реактора, если причина известна.

Изменения питания биогазового реактора — важный инструмент для коррекции замедления работы реактора, но трудно дать точный рецепт, как это сделать успешно.

Большинство биогазовых установок, в большей или меньшей степени, подвергалось эксплуатационным нарушениям, и некоторые предприятия испытали, что процесс в худшем случае может полностью нарушиться. Такой коллапс может иметь серьезные финансовые последствия для завода, а проблемы химического состава биогазового реактора — это проблема, которая занимает умы всех бизнесменов, владеющих заводами AD.

Нисходящий дрейф выпуска биогаза и даже коллапс биогаза, производимого в биогазовом реакторе, часто связаны с типами биомассы, которой питаются растения, и, к сожалению, было обнаружено, что сочетание навоза и других органических отходы разной силы и состава могут стать опасным коктейлем.

Если в смеси в реакторе содержится много белка и жира, это может вызвать высокие концентрации аммония и длинноцепочечных жирных кислот (LCFA), которые могут замедлить процесс. Лучший способ избежать таких запретов — это хорошо знать тип биомассы, которую поставляет растение, как с точки зрения химического состава, так и того, как биомасса распадается в растении.

Кроме того, важно точно измерить различные типы отходов, поступающих в биогазовый реактор, а также очень важен подробный мониторинг процесса.

К сожалению, далеко не всегда заводы имеют возможность обеспечивать постоянную подачу одним и тем же типом сырья для обеспечения стабильных условий в реакторе. Возможности оператора биогазовой установки находить стабильное сырье ограничены по количеству и размеру из-за наличия материалов, поэтому операторы часто вынуждены смешивать.

Биогазовые установки, которые питаются из сырья, произведенного операторами собственной коммерческой деятельности (например,грамм. внутрихозяйственный навоз) имеют наилучшие шансы обеспечить постоянное наличие исходного сырья.

Предоставление услуг по удалению органических отходов (биомассы) для постоянных клиентов делает неизбежным принятие вариаций в составе, количестве и частоте доставки различных типов отходов.

Это означает, что заводы могут быть вынуждены поставлять определенный тип отходов в биогазовые реакторы в то время, когда это может вызвать проблемы со стабильностью биологического процесса.

Наконец, полный мониторинг всех параметров процесса — это трудоемкое и дорогостоящее решение, а это означает, что мониторинг на большинстве заводов неадекватен.

Вследствие этих ограничений на биогазовых установках возникают различные нарушения дрейфа.

Таким образом, возникает вопрос:

Что могут сделать менеджеры, чтобы быстро восстановить процесс, если они обнаруживают снижение добычи газа?

На кафедре окружающей среды и ресурсов Датского технического университета они провели серию испытаний по восстановлению процесса биогаза в лабораторных реакторах.Эксперименты, поддерживаемые Программой энергетических исследований, в основном основывались на разбавлении биомассы водой, навозом или дегазированной биомассой.

Процесс ингибировали добавлением аммония или LCFA к четырем реагентам с гелем для крупного рогатого скота. Результаты различных стратегий, а также описание экспериментов обсуждаются ниже.

Аммиачное ингибирование биогазовых реакторов

После ингибирования аммонием было обнаружено, что наиболее эффективным методом восстановления процесса была замена половины содержимого реактора дегазированной биомассой или свежим гелем для крупного рогатого скота.

При такой стратегии требовалось около шести дней, чтобы вернуться к исходной добыче газа, в то время как потребовалось 10-11 дней, если вместо этого было добавлено 50 процентов воды или уменьшено ежедневное количество навоза. Спустя почти шесть дней в реакторе было зарегистрировано значительное увеличение добычи газа, в который добавлялось 50 процентов свежего геля для скота. Таким образом, в течение периода восстановления этот реактор произвел на 42-74% больше газа, чем другие реакторы, что связано с дополнительным количеством органического материала, которое реактор подавал в виде свежей суспензии.

Тем не менее, следует также учитывать изменение уровня кислорода во время реставрации, так как это показывает, насколько стабильным является процесс. Здесь было обнаружено, что повышение уровня кислоты было несколько выше при добавлении свежего навоза, чем при добавлении дегазированной биомассы.

Таким образом, имеется много свидетельств того, что наиболее эффективным и безопасным методом подавления аммония является комбинированное добавление навоза и дегазированной биомассы.

Самый плохой подход — ничего не делать, а только добавлять дневное количество навоза или разбавлять биомассу водой.

Подача воды обеспечивает более быстрое восстановление, чем без вмешательства, но, с другой стороны, эта стратегия приводит к относительно низкой добыче газа.

Самое сильное повышение уровня кислорода было зарегистрировано в реакторе, где не было предпринято никаких вмешательств, что указывает на то, что процесс здесь был больше затронут, чем в других реакторах. Ингибирование LCFA. Ингибирование процесса биогаза введением LCFA показало, по существу, ту же картину, что и ингибирование аммонием.через www.biopress.dk

Связанные

.Биогазовый реактор

— Купить биогазовый реактор на Alibaba.com

Биогазовый реактор

Рекомендуемые продукты — Нажмите на картинку, чтобы войти

Промышленный масштаб Опытный масштаб Системный реактор

Теплообменник Стеклянный реактор Гидротермальный синтез

Индивидуально — только для вас:

Все наши реакторы специально сделаны по запросу клиента, вы можете посоветовать параметр ниже, тогда мы отправим вам точное предложение с соответствующим чертежом:

1.Рабочий объем

2. Рабочая температура

3. Рабочее давление

4. Материал реактора / материал контактирующих компонентов

5. С мешалкой или мешалкой или без нее, а также скорость перемешивания

6. С нагревательным устройством или без него.

7. Другие ваши запросы

С приведенной выше информацией мы вернемся к вам со специальным дизайном специально для вас.

Установка для биогазового реактора

Биогазовый реактор — идеальное устройство для различных химических реакций лабораторного масштаба с функциями магнитного уплотнения (статическое уплотнение), отсутствие утечек, плавный ход, низкий уровень шума и простота в эксплуатации.Мешалка и крышка котла хорошо герметизированы, этот реактор может широко использоваться для различных испытаний и реакций в лаборатории при высоком давлении, высоком вакууме и высоких температурах. Иногда оснащают конденсаторами для удаления паров и процесса дистилляции. Этот реактор может широко использоваться в качестве реактора для смазки.

~ 500

Спецификации и технические параметры биогазового реактора
Тип	GSH-0.1 ~ 1	GSH-1 ~ 10	GSH-10 ~ 25	GSH-25 ~ 50
Объем (л)	0,1 ~ 1	1 ~ 10	10 ~ 25	25 ~ 50
Рабочее давление (МПа)	Отрицательное давление -0,1 ~ 40			давление -0.1 ~ 40	Отрицательное давление -0,1 ~ 30	Отрицательное давление -0,1 ~ 30
Рабочая температура ( ) 56
Скорость перемешивания (об / мин)	20-1500
Мощность двигателя (Вт)	40 ~ 80	80 ~ 200	300 ~ 750	1100
Мощность нагрева (кВт)	0.8 ~ 1	1 ~ 3	3 ~ 6	4 ~ 9
Тип нагрева	Электрическое отопление, рециркуляция воды, термомасло, пар, дальний инфракрасное отопление.
Тип зарядки	Зарядка сверху, разряд снизу или сверху.
Вал	Использовать самосмазывающуюся износостойкую втулку, подходящую для смешивания различных сред.
Тип перемешивания	Лопастного или анкерного типа или по запросу клиента
Тип уплотнения	Магнитное уплотнение, механическое уплотнение, сальниковое уплотнение, прокладка.
Двигатель	Двигатель постоянного тока GSH-0,1 ~ 10 общего назначения, серводвигатель постоянного тока GSH-10 ~ 50 или взрывозащищенный двигатель в соответствии с требованиями заказчика.
Основной материал	Контактный материал внутри котла в основном использует 0Cr18Ni9 (304), 00Cr17Ni14Mo2 (316L), 1Cr18Ni9Ti (321), также может быть произведен из титана (TA2), никеля, цинка и т. д. или покрыты PTFE, PPL, PFA и Ni (Ni6) в соответствии с различными требованиями к реакционной среде.
Открытие порта обычной крышки котла	Игольчатый клапан на отверстии для газа и жидкости, нижняя вставная трубка для отбора проб или впуска, заглушка на отверстии для зарядки твердого вещества, сопротивление платины (PT100) при измерении и контроль температурного порта, манометра и предохранительного устройства (взрывного диска) на безопасном взрывном порте, а также на входе и выходе охлаждающего змеевика внутри реактора с помощью крана.
Контроллер	Оснащен автоматическим или программируемым ПИД или ПЛК и компьютером: Отображение и контроль температуры, точность ± 1 ℃ (или ± 0,1 ℃); Отображение и контроль скорости смешивания; Индикация и контроль давления; Отображение и контроль уровня; Отображение и управление расходом; Управление открытием / закрытием клапана и т. Д. Все вышеперечисленные данные могут быть переданы в компьютер для дальнейшего анализа.
Прочие аксессуары	Мы можем спроектировать и изготовить различные химические реакторы по запросу клиента. Если у пользователя есть другие особые требования к крышке чайника, отверстию корпуса чайника, внутренней конструкции, лопастной мешалке и другому поддерживающему устройству (например, устройство возврата конденсата, резервуар постоянной подачи, ресивер, конденсатор и т. Д.), Мы можем помочь клиенту в достижении их запрос, также можем оснастить необходимые инструменты по запросу.

Инспекция биогазового реактора

Мы проверяем каждый биогазовый реактор:

Испытание под давлением 1.2 Время расчетного давления

Испытание на утечку

Последние готовые изделия

Наша фабрика может производить различные реакторы по запросу клиента.С подробными техническими параметрами, предоставленными заказчиком (включая рабочий объем, рабочее давление, рабочую температуру, материал реактора, метод перемешивания), мы спроектируем и предложим заказчику в течение одного рабочего дня.

Пакет для биогазового реактора

Стандартная экспортная упаковка, деревянный ящик без фумигации со стальным каркасом внутри для прочной поддержки, стальная проволока для необходимой фиксации, пластиковая пленка для защиты поверхности от царапин , стальная пластина, специально используемая для грузовых авиаперевозок для моторного щита.Подходит как для морских, так и для воздушных перевозок.

Эффект полировки

По запросу клиента мы можем отполировать как внутреннюю часть реактора, так и внешнюю рубашку до зеркального полирования, мы можем достичь Ra 0,2 мкм.

Обладая отличным полирующим эффектом, наши реакторы широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности.

Партнер по сотрудничеству

Мы сотрудничали со многими известными университетами и учреждениями как в Китае, так и за рубежом, наше реакторное оборудование помогает им в различных экспериментах с химическими реакциями.Мы также сотрудничали с крупными предприятиями пищевой, нефтяной, фармацевтической, материальной, горнодобывающей и металлургической отраслей.

Послепродажное обслуживание

Мы дадим советы и предложения пользователю в соответствии с потребностями различных отраслей: предоставляем различные стандарты продукции, сырье, методы проверки и испытаний, стандартные и технологическая консультация согласно требованиям пользователя; обеспечивает изготовление по требованиям покупателя, кастомизацию нестандартной продукции, например, ультракоротких / длинных серий; предоставляет квалификацию компании, кредитное подтверждение и т. д.

Мы обеспечим текущее обслуживание реактора, а также проведем обучение по поиску и устранению общих неисправностей; обеспечивает дистанционный или выездной контроль реактора, техническое руководство по установке и эксплуатации; в случае претензии к качеству клиента после технической поддержки по телефону на место происшествия прибудет профессиональный персонал службы поддержки клиентов *, если потребуется дальнейшее обслуживание; На консультацию по техническому качеству пользователя ответят в течение 24 часов; Гарантия 12 месяцев; обеспечить круглосуточную горячую линию технической поддержки; предоставлять различные формы послепродажного обслуживания бесплатно в течение гарантийного срока, обеспечивать пожизненное послепродажное обслуживание и ограниченный запас бесплатных изнашиваемых деталей в течение трех лет.

Добро пожаловать, отправьте запрос ниже.

,

Биогазовый реактор — Купить Микрореактор, СВЧ-реактор, Тефлоновый реактор на Alibaba.com

5000 долларов США.00–500 000 долларов США / Устанавливать | 1 компл. / Компл. (Мин. Заказ)

Перевозка:

Служба поддержки Морские перевозки

,

Биогазовый кавитационный реактор — Купить реактор, биогазовый реактор, продукт кавитационного реактора на Alibaba.com

Информация о продукте

Биогазовый кавитационный реактор марки Newhongda

Подробная информация

• Объем: 50-20000L
• Материал: SS304, нефть SS322L, углеродистая сталь
• резина, краситель, лекарство, еда, смола, покрытие, краска, клей, пигмент, пестицид, силиконовое масло, печатная краска, клей, белый латекс и т. д.
• Тип уплотнения: механическое уплотнение или сальниковое уплотнение
• Тип: реакционный сосуд
• Мощность двигателя: индивидуально
• Тип мешалки: Тип якоря, Тип рамы, Тип лопастей, Тип рабочего колеса, Тип вихря, Тип пропеллера, Тип турбины, Push- в типе или типе кронштейна, типе распределенного рабочего колеса, типе турбины, типе с большим усилием сдвига и типе пропеллера, которые клиенты могут выбрать в зависимости от процесса.
• Метод нагрева: электрический, паровой или внешний змеевик.
• Форма передачи: обычный двигатель, взрывозащищенный двигатель, двигатель с электромагнитной регулировкой скорости, преобразователь частоты и т. Д.
• Напряжение: 220 В, 380 В или индивидуальное
• Сертификат: CE / ISO
• Гарантия: 1 год
• Послепродажное обслуживание: Техническая поддержка видео, онлайн-поддержка

Характеристики

• Быстрый нагрев
• Высокий термостойкость
• Коррозионная стойкость
• Здоровье, экологичность
• Нет необходимости в автоматическом нагреве котла
• Простота использования

Технические данные

Номинальная емкость л Фактическая емкость л Мощность электрического нагрева (кВт * шт) Количество масла в рубашке л Размер внутреннего резервуара φ мм Размер внешнего резервуара φ мм Объем расширителя л Мощность двигателя кВт Скорость перемешивания н / мин Масса кг 50 78 9007 9 2 * 4 96 400 600 10 1.1 80 270 100 127 2 * 6 127 500 700 10 1,1 80 340 300 327 4 * 6 218 800 1000 20 2,2 80 700 500 509 4 * 9 269 900 1100 20 3 80 930 1000 1017 4 * 12 400 1200 1400 40 4 80 1610 2000 2154 4 * 15 850 1400 1600 40 5.5 80 2010 3000 3201 4 * 15 1015 1600 1750 40 7,5 80 2590 4000 4020 5 * 15 1226 1600 1750 40 11 80 3160 5000 5170 4 * 18 1400 1800 2000 40 15 80 4000

Заявление

9 0002 Технологические процессы

Профиль компании

В 1996 году New Hongda Chemical Machinery Co., Ltd. была основана Ван Чжунжэнь в городе Лайчжоу, что на побережье моря Лайчжоу. New Hongda Corporation сосредоточена на своей миссии по предоставлению решений для наших заказчиков машинного оборудования, которые обеспечивают превосходную производительность и окупаемость инвестиций.

За последние 20 лет New Hongda Corporation превратилась из регионального продавца химического машинного оборудования в Китае в глобального конкурентоспособного производителя полных разновидностей / серий продукции и услуг, предоставляющих решения на протяжении всего жизненного цикла, которые максимизируют возврат инвестиций клиентов.Основные продукты включают полную линию по производству смолы, полную линию по производству красок и покрытий, полную производственную линию BMC / SMC, полную линию по производству клея, линию по производству сухого строительного раствора, различные спецификации и типы реакторов, диспергирование, измельчитель, смеситель, смеситель, фильтр, эмульгирование и другие комплекты оборудования. Эти продукты используются в самых разных отраслях промышленности, включая косметическую, металлургическую, пищевую, фармацевтическую, кормовую, бумажную, краску, смолу, строительство, производство удобрений и химическую промышленность.

Мы можем настроить реакторы различных спецификаций в соответствии с требованиями клиентов. Для вас есть более 10 каталогов продукции и помощь инженеров, обращайтесь к нам, чтобы узнать более подробную информацию.

Сертификация

Наша полная система контроля качества продукции была сертифицирована CE.

Для получения дополнительных сведений о продукте, пожалуйста, нажмите здесь и введите

9000 Информация о упаковке, экспортная упаковка

поддон для оборудования или по желанию заказчика.

Информация о доставке

О подходе к доставке

A: Морским или воздушным транспортом, можно обсудить подробный подход к доставке.

О сроках доставки

A: Обычно это занимает около 15-30 рабочих дней после того, как мы получим вашу предоплату на покупку. Однако это будет зависеть от нашего производственного графика и сложности оборудования.

О торговых условиях

A: Обычно мы отправляем оборудование на условиях FOB, однако CIF также приемлем, что может быть решено клиентами.

Информация об оплате

По T / T заранее или безотзывным аккредитивом по предъявлении. Торговля будет гарантирована Alibaba.

Наши услуги

1. Как насчет ваших преимуществ?

а. Своевременная доставка.

г. Опыт работы более 20 лет.

г. Гарантированное качество и профессиональное обслуживание.

г. OEM & ODM. Различные конструкции в зависимости от требований клиента.

2. Как сделать заказ?

Отправить запрос → Базовое предложение → Подтвердить детали → PI & Contact → Оплатить депозит → Производство (20-30 дней) → Платежный баланс → Доставка (5-8 дней по воздуху, 28-35 дней по морю) → После- продажа услуг.

3. Вы пришлете нам для проверки чертеж нужной машины?

Да, мы хотели бы отправить вам наш черновой чертеж требуемого станка. После оформления заказа мы вышлем вам чертеж

и технические параметры.Затем будет запущен в производство после подтверждения производства.

4. Есть ли гарантия качества и послегарантийное обслуживание?

Гарантийный срок на механическую часть оборудования составляет год с момента получения вами оборудования и помощи покупателю в установке и вводе оборудования в эксплуатацию, а также бесплатного обучения оператора.

,

No related posts.