Какие условия должна создавать биоустановка?
Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:
- отсутствие притока кислорода (герметичность);
- постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
- регулируемый приток свежего материала;
- регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
- регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.
Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.
Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.
Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.
Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.
Преимущества биогаза
Биогаз экологичен
Биогаз является возобновляемым, а также чистым источником энергии. Газ, получаемый в результате биоразложения, не загрязняет окружающую среду; это фактически уменьшает выбросы парниковых газов (то есть уменьшает парниковый эффект).
В процессе не происходит сгорания, что означает отсутствие выброса парниковых газов в атмосферу; поэтому использование газа из отходов как формы энергии на самом деле является отличным способом борьбы с глобальным потеплением.
Неудивительно, что забота об окружающей среде является основной причиной, по которой использование биогаза стало более распространенным. Биогазовые установки значительно сдерживают парниковый эффект: заводы снижают выбросы метана, улавливая этот вредный газ и используя его в качестве топлива.
Производство биогаза помогает снизить зависимость от использования ископаемого топлива, такого как нефть и уголь.
Другое преимущество биогаза состоит в том, что, в отличие от других видов возобновляемых источников энергии, этот процесс является естественным и не требует энергии для процесса генерации.
Кроме того, сырье, используемое в производстве биогаза, является возобновляемым, поскольку деревья и сельскохозяйственные культуры будут продолжать расти. Навоз, пищевые отходы и растительные остатки – это сырье, которое всегда будет в наличии, что делает его весьма устойчивым вариантом.
Выработка биогаза снижает загрязнение почвы и воды
Переполненные свалки не только распространяют неприятные запахи – они также позволяют токсичным жидкостям стекать в подземные источники воды. Следовательно, еще одно преимущество биогаза заключается в том, что производство биогаза может улучшить качество воды. Кроме того, анаэробное пищеварение дезактивирует патогены и паразитов; таким образом, он также довольно эффективен в снижении заболеваемости болезнями, передаваемыми через воду. Аналогичным образом, сбор и утилизация отходов значительно улучшаются в районах с биогазовыми установками. Это, в свою очередь, приводит к улучшению состояния окружающей среды, санитарии и гигиены.
Биореакор производит органические удобрения
Побочным продуктом процесса генерации биогаза является обогащенный органический (дигестат), который является идеальным дополнением или заменой химических удобрений.
Выброс удобрений из биогазовой установки может ускорить рост растений и устойчивость к болезням, тогда как коммерческие удобрения содержат химические вещества, которые оказывают токсическое воздействие и могут вызывать пищевое отравление, среди прочего.
Это простая и недорогая технология, которая способствует циркулярной экономике
Технология производства биогаза довольно дешевая. Онв проств в настройке и не требует больших вложений в небольших масштабах. Небольшие биодегустаторы можно использовать прямо дома, используя кухонные отходы и навоз.
Бытовая система окупается через некоторое время, а материалы, используемые для генерации газа, абсолютно бесплатны. Проявленный газ может быть использован непосредственно для приготовления пищи и выработки электроэнергии.
Это то, что позволяет себестоимости производства биогаза быть относительно низким.
Фермы могут использовать биогазовые установки и отходы, производимые их домашним скотом каждый день. Отходы одной коровы могут дать достаточно энергии для питания лампочки на целый день.
На больших станциях биогаз также может быть сжат для достижения качества природного газа и использован для питания автомобилей. Строительство таких заводов требует относительно небольших капиталовложений и создает экологичные рабочие места. Например, в Индии было создано 10 миллионов рабочих мест, в основном в сельской местности, на заводах и в сборе органических отходов.
Недостатки биогаза
Несколько технологических достижений
К сожалению, недостатком биогаза сегодня является то, что системы, используемые при производстве биогаза, неэффективны. Там нет никаких новых технологий для упрощения этого процесса, чтобы сделать его стоимость более. Это означает, что крупномасштабное производство на поставку для большого населения по-прежнему не представляется возможным. Хотя доступные сегодня биогазовые установки способны удовлетворить некоторые потребности в энергии, многие правительства не желают инвестировать в этот сектор.
Содержит примеси
После очистки и сжатия биогаз все еще содержит примеси. Если полученное биотопливо использовалось для питания автомобилей, оно может разъедать металлические части двигателя. Эта коррозия приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание. Газовая смесь гораздо больше подходит для кухонных плит, водогрейных котлов и ламп.
Влияние температуры на производство биогаза
Как и другие возобновляемые источники энергии (например, солнечная энергия, энергия ветра), на производство биогаза также влияет погода. Оптимальная температура, необходимая бактериям для переваривания отходов, составляет около 30 ° C. В холодном климате биоустановки требуют тепловой энергии для поддержания постоянной подачи биогаза.
Менее подходит для густонаселенных районов
Еще одним недостатком биогаза является то, что промышленные биогазовые установки имеют смысл только в тех случаях, когда сырье в изобилии (пищевые отходы, навоз). По этой причине выработка биогаза гораздо больше подходит для сельских и пригородных районов.
Готовы создать собственную систему производства биогаза?
Благодарим за чтение нашей статей о получениие биогаза.
Задавайте здесь любые вопросы. Вы также можете подписаться на нашу рассылку и получать ежемесячные обновления о специальных предложениях, отраслевых новостях, тенденциях устойчивого развития, видео с рецептами и многом другом!
Биогазовая установка для предприятия
Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).
Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:
Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:
- несколько ступеней очистки газа;
- подготовка газа перед подачей на переработку;
- охлаждение перед подачей на газогенератор;
- прочие системы, в зависимости от конструкции установки и видов используемого сырья.
Автономная газификация — газгольдер
В последние годы на рынке газового оборудования для бытового использования появилось решение проблемы энергоснабжения загородного дома. Это — автономная газификация. И в первую очередь, речь идет об установке резервуаров для газа или газгольдерах. Принцип использования газгольдера состоит в периодическом заполнении его объема сжиженным природным газом. Сегодня существует много компаний, предлагающих услуги по доставке СПГ специализированными автоцистернами и заправке газа в резервуар. В зависимости от объема о его обслуживании можно забыть на 3-6 месяцев, и пользоваться бытовыми газовыми приборами в полной мере, не задумываясь об экономичном расходовании.
К не обычным источникам энергии, относится биогаз, который получают в специальных установках и используют для получения различных видов энергии, используемых человеком в повседневной жизни (тепло, электричество и топливо для автомобилей).
Биогазовая установка для частного дома
В связи с тем, что в личном подсобном хозяйстве, количество образующихся органических отходов и продуктов деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур, ограничено, то в качестве основного и единственного источника энергии, вне зависимости от направленности (тепловая, электрическая, газ), биогазовые установки рассматривать не целесообразно.
К тому же, необходимо учитывать, что при работе подобных устройств, выделяется целая группа прочих газов (сероводород, аммиак и т.д.), которым свойственен специфический неприятный запах, что требует выполнять монтаж установки на некотором удалении от жилых помещений.
Конструктивно, подобная установка может выглядеть следующим образом:
- Главный элемент — это реактор, в качестве которого выступает емкость, соответствующая объемами сырья. Емкость может быть установлена в различном исполнении (подземная, наземная и частично заглубленная конструкция).
- В емкости должны быть предусмотрены загрузочный люк, отводная труба или штуцер для отвода газа, люк для удаления переработанного сырья (может совмещаться с загрузочным) и механизм перемешивания, при необходимости. Монтируемые узлы и элементы должны герметично закрываться и держать определенное давление.
- К штуцеру отводной трубы подсоединяется отводящий трубопровод, на котором устанавливается запорный вентиль и манометр, для контроля за давлением получаемого газа.
- При необходимости, может быть установлен электрический привод на мешалке установки, а также насос и транспортер в системах подачи сырья.
УСТАНОВКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕАКТОРА
быть водо- и газонепроницаемым. В реакторе недолжно происходить смешивание воздуха с газом. Между крышкой и корпусом должна быть прокладка из герметичного материала; быть теплоизолированным; выдерживать все нагрузки (давление газа, вес и т.д.); иметь люк для проведения ремонтных работ.
Установка и выбор формы реактора производится для каждого хозяйства индивидуально.
Тема изготовления биогазовой установки своими руками очень обширна. Поэтому в этой статье я на этом остановлюсь. В следующей статье поговорим о выборе остальных элементах биогазовой установки, ценах и где ее можно приобрести.
Вся информация по самодельному изготовлению биогазовых установок черпается из различных источников и абсолютно бесплатно будет представлена в заключительной статье.
Идеи для бизнеса -> Производство, строительство, сельское хозяйство
Сбор и отвод биогаза
Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.
Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.
Очищение от примесей
Примерный состав получаемого биогаза такой:
Примерный состав биогаза
- метан — до 60%;
- углекислый газ — 35%;
- другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.
Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).
Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.
Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.
Фильтр для очистки биогаза от сероводорода
Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.
Газгольдер и компрессор
Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.
Один из вариантов газгольдеров
Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.
Что такое биогаз
Биогаз образуется при анаэробном (без воздуха) метановом сбраживании биомассы. В состав смеси входит до 55–75% метана, 25–45% двуокиси углерода, различное количество примесей сероводорода, оксидов азота, аммиака и других соединений.
Свойства смеси зависят от входящих в состав компонентов:
- метан взрывоопасен и чрезвычайно горюч, не имеет цвета и запаха, потребительские свойства связаны с большим выделением теплоты при сгорании;
- углекислый газ (углекислота) при вдыхании является причиной утраты внимания и усталости, снижая уровень насыщения крови кислородом;
- сероводород в той концентрации, которая бывает в готовом продукте, не подвержен взрыву, но является токсичным для человеческого организма;
- аммиак неприятно пахнет, но в опасных количествах, способных повредить слизистые оболочки глаз и органов дыхания, в установках вырабатывается редко.
Физические свойства:
- энергетический запас 5–6,5 кВт/ч в одном кубическом метре;
- теплотворная способность до 7500 ккал/м³;
- температура воспламенения — 680–750°С;
- давление в реакторе от 0,05 атм.
Сырьё для получения биогаза
Биогазовая установка для частного дома использует в качестве сырья самые разнообразные отходы сельского хозяйства. Биогазовая станция перерабатывает:
- навоз любой фракции, птичий помёт;
- растительные остатки — сорную траву, солому, силос;
- мезгу и жом;
- пивную барду;
- некондиционные зерновые культуры;
- отходы рыбных производств;
- мелассу различного происхождения;
- остатки бойни;
- жир;
- корнеплоды, потерявшие пищевую ценность.
Методы добычи
Сырьё проходит стадию подготовки, чтобы процесс брожения шёл активнее и продуктивнее.
Навоз бывает двух видов: природный и самосплавной. Первый вид забирают из-под животного вместе с подстилкой. Самосплавной вид удаляется с фермы потоком воды.
Мезга и жом — это раздробленные части овощей, фруктов и корнеплодов, из которых отжат сок.
Пивная барда, меласса — побочный продукт пивных, сахарных заводов, являются ценной пищевой добавкой, поэтому целесообразность использования для получения газа определяется стоимостью продукции.
Растительные остатки подвергают резке или силосованию.
Силос кукурузный
На сколько хватает
Примерный выход газа из разных субстратов собран в таблицу.
| Субстрат | Влажность сырья, % | Выход биотоплива, м³ из тонны сырья |
| Навоз КРС (природный) | 85 | 55 |
| Навоз КРС (самосплавного способа удаления) | 95 | 22 |
| Навоз свиной природный | 85 | 62 |
| Навоз свиной самосплавной | 95 | 25 |
| Птичий помёт | 60–75 | 90–100 |
| Свежая трава | 50–90 | До 200 |
| Кукурузный силос | 60–90 | До 180 |
| Мезга картофельная | 90 | До 32 |
| Свекольный жом | 78 | 119 |
В следующей таблице собраны данные по количеству сырья, которое можно получить от животных и с одного гектара пашни.
| Источник | Сырьё | Количество сырья т/год | Количество биогаза м³ |
| Корова дойная | Жидкий навоз без подстилки | 20 | До 500 |
| Свинья на откорме | Жидкий навоз без подстилки | 2–6 | 40–170 |
| Бычок на откорме | Твёрдый навоз с подстилкой | 5–12 | 250–850 |
| Лошадь | Твёрдый навоз без подстилки | до 8 | 500 |
| 100 кур | Сухой помёт | 2 | 250 |
| 1 гектар пашни | Сахарная свёкла, силос кукурузы | 40–70 | 5200–10500 |
| 1 гектар пашни | Свежий силос из травы и зерновых культур | 25–50 | 5000–8000 |
Эффективность
Выгоду биогаза оценивают по преимуществам его использования и выходу тепловой или электрической энергии.
Плюсы и минусы добычи биогаза
Энергию получают из возобновляемых природных источников
Используют широкий спектр сырья
Универсальность биогаза для получения тепла или электрической энергии
Экологичность переработки
Утилизация отходов и использование отработанной биомассы для повышения плодородия сельхозземель, улучшения структуры почвы
Выработка в промышленных масштабах не всегда окупается
Сравнение с другими источниками энергии
По потребительским свойствам биогаз можно сравнить с другими источниками энергии: природным и сжиженным газом, сжатым метаном.
| Характеристика | Биогаз | Природный | Сжиженный пропан | Сжатый (метан) |
| Температура воспламенения, °С | 700 | 650 | 480 | 650 |
| Плотность, кг/м³ | 1,2 | 0,7 | 2,0 | 0,73 |
| Плотность относительно воздуха | 0,9 | 0,55 | 1,5 | 0,55 |
| Энергия сгорания кВт*ч/м³ | 2,9–5,0 | 10 | 25 | 10 |
Принцип работы
Когда биореактор загружают в первый раз или после долгого простоя, то после загрузки первой партии субстрата количество бактерий в нем недостаточно для того, чтобы все процессы шли с необходимой скоростью.
Поэтому первые 5–15 дней (зависит от режима работы) происходит накопление субстрата и размножение населяющих его бактерий, которые постепенно приступают к переработке содержимого биореактора.
Переработка происходит в три этапа:
- разложение помета/навоза, а также растительности на моносахариды и другие простые органические вещества (гидролиз);
- образование кислот и кетонов (кислотообразование);
- переработка уксусной кислоты и углекислого газа в метан (метанообразование).
Все процессы происходят благодаря определенным бактериям. Гидролизные выделяют определенные энзимы, расщепляющие органику и делающие ее пригодной для всасывания через клеточные стенки. Кислотообразующие бактерии впитывают результаты гидролиза и выделяют соответствующие вещества, которые, в свою очередь, служат питанием для метаногенов.
Гидролизные бактерии не могут перерабатывать твердые вещества, а кислотообразующие начинают активно размножаться и функционировать только после того, как гидролизные бактерии обеспечат их подходящим питанием. Точно так же обстоит дело и с метанообразующими микроорганизмами.
метантенк перейдет в активный режим работы
После вливания в него новой порции субстрата происходит смешивание свежих и переработанных веществ, поэтому каждый вид бактерий получает необходимое ему питание.
Метаногены, потребляя продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, выделяют вещества, которые образуют сапропель.
Возбудители болезней и яйца/личинки глистов точно так же подвержены действию энзимов, которые расщепляют их на простые органические вещества. В результате этого процесса эти вредители погибают, после чего вода становится условно безопасной.
Кроме того, гидролизные бактерии расщепляют вещества, являющиеся причиной неприятного запаха навоза или помета, поэтому переработанная вода уже не обладает запахом исходного продукта.
Если потребители долгое время отключены и давление в газгольдере достигло определенного значения, то запасенный газ поступает к установке сжижения, а затем в газгольдер для сжиженного газа.
Подготовка ямы для биореактора
Устройство биогазовой установки предполагает ее подземное расположение. Нужно подготовить яму необходимого объема. Ее стенки можно герметично укрепить и отделать пластиком, полимерными кольцами или бетоном.
От герметичности зависит интенсивность переработки сырья. В идеале стоит приобрести заводские полимерные кольца, имеющие сухое дно. Это более дорогое решение, но можно избежать дополнительной герметизации.
Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!
Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)
Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)
Полимерные материалы устойчивы к влажности и агрессивным средам. Их не нужно ремонтировать, а при повреждении можно быстро заменить.
Типы биогазовых установок
По способу брожения биореакторы подразделяются на два типа: биотермические и анаэробные (бескислородные).
Биотермические станции (БТС) имеют упрощенную конструкцию и легки в обслуживании. Брожение биомассы происходит при свободном доступе воздуха. В результате выделяется большое количество тепла, но при этом водород в биомассе преобразуется (окисляется) в воду, а углерод — в углекислый газ. Большинство резервуаров БТС изнутри оснащают секциями водогрейных труб, способных нагревать воду до 50 градусов. Реактор домашней установки выделяет биогаз из навоза и другой органики в незначительном количестве. Поэтому мини биогазовые установки хороши только для отопления дач, домов фермерских хозяйств, подачи горячей воды.
Анаэробные биогазовые станции (БЭС) обладают более усложненной конструкцией, чем мини БТС. Бродильный процесс протекает в герметичной цистерне без доступа свежего воздуха. При этом до 70 % углерода в биомассе преобразуется в метан. Оставшиеся 30% углерода создают водород, углекислоту и азот. Полученная газовая смесь после естественной очистки является превосходным топливом, которым можно подогревать пищу либо преобразовывать в другие виды энергии (тепло, электричество).
Технология производства биогаза
В ёмкости для производства биогаза из отходов животноводства поддерживается температура 35-38 градусов по Цельсию, контролируется атмосферное давление. Необходимо соблюдать условия хранения и периодически перемешивать загруженное сырьё. Перемешивание позволяет избавиться от корки, образующейся на поверхности навоза.
На образование газа из отходов животноводства потребуется некоторое время. Через 10 дней после появления биометана в резервуар загружают новое сырьё. Последующие процессы образования газа будут происходить быстрее.
Из 1 куб.м. удобрений получают 2-3 куб.м. биометана. Факторы, влияющие на качество продукта:
- кислотность и химический состав загруженного сырья;
- влажность в резервуаре;
- введение стимулирующих добавок;
- температура в биореакторе.
Процесс производства биометана безопасен для окружающих. После прохождения очистки биогаз подают в котлы или электрогенераторы.
Для изготовления биологического газа без специального оборудования сырьё измельчают, смешивают с водой и помещают в герметичную ёмкость. Резервуар необходимо заполнять на 85-90%. Возможно размещение ёмкости в подземном котловане, но тепловая изоляция должна располагаться в верхней части. Стены котлована для подземной установки заливают керамзитобетоном.
В установленную конструкцию монтируют устройство для перемешивания навоза. Перемешивать содержимое ёмкости необходимо ежедневно. Через 5 дней проверяют наличие биогаза в резервуаре. Образовавшийся газ компрессором откачивают в баллоны. Каждые 15 суток загружают новое сырьё для переработки.
