Objemy emisí plynu v bioplynových stanicích. Bioplyn - co to je?
Rostoucí ceny energií nás nutí hledat alternativní možnosti vytápění. Dobrých výsledků lze dosáhnout pomocí samovýroba bioplyn z dostupných organických surovin. V tomto článku si povíme o výrobním cyklu, konstrukci bioreaktoru a souvisejícím zařízení.
Při dodržení základních provozních pravidel je plynový reaktor zcela bezpečný a je schopen zásobovat palivem a elektřinou i malý dům nebo celý zemědělský komplex. Výsledkem bioreaktoru je nejen plyn, ale také jeden z nejcennějších druhů hnojiv, hlavní složka přírodního humusu.
Jak získat bioplyn
Pro výrobu bioplynu jsou organické suroviny umístěny do podmínek příznivých pro rozvoj několika druhů bakterií, které během svých životních procesů produkují metan. Biomasa prochází třemi cykly transformace a v každé fázi se účastní různé kmeny anaerobních organismů. K jejich životní činnosti není potřeba kyslík, ale složení suroviny a její konzistence, teplota a vnitřní tlak. Za optimální jsou považovány podmínky s teplotou 40-60 °C a tlakem do 0,05 atm. Naložená surovina začne produkovat plyn po delší aktivaci, která trvá několik týdnů až šest měsíců.
Začátek uvolňování plynu ve vypočteném objemu naznačuje, že kolonie bakterií jsou již poměrně početné, proto se po 1-2 týdnech dávkují čerstvé suroviny do reaktoru, který se téměř okamžitě aktivuje a vstupuje do výrobního cyklu.
K udržení optimální podmínky suroviny se periodicky míchají, přičemž se k udržení teploty využívá část tepla z plynového ohřevu. Vzniklý plyn obsahuje od 30 do 80 % metanu, 15-50 % oxidu uhličitého, malé příměsi dusíku, vodíku a sirovodíku. Pro domácí použití se plyn obohacuje tím, že se z něj odstraňuje oxid uhličitý, a poté lze palivo využít v široké škále energetických zařízení: od motorů elektráren až po topné kotle.
Jaké suroviny jsou vhodné pro výrobu
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení není hnůj nejlepší surovinou pro výrobu bioplynu. Výtěžnost paliva z tuny čistého hnoje je pouze 50-70 m 3 s koncentrací 28-30 %. Je to však živočišný odpad, který obsahuje většinu bakterií nezbytných pro rychlé spuštění a udržení efektivního provozu reaktoru.
Z tohoto důvodu se hnůj mísí s rostlinným odpadem a potravinářský průmysl v poměru 1:3. Jako rostlinné suroviny se používají:
Suroviny nelze jednoduše nalít do reaktoru, je nutná určitá příprava. Původní substrát se rozdrtí na frakci 0,4-0,7 mm a zředí se vodou v množství asi 25-30 % sušiny. Ve větších objemech směs vyžaduje důkladnější promíchání v homogenizačních zařízeních, po kterém je připravena k naložení do reaktoru.
Stavba bioreaktoru
Požadavky na podmínky umístění reaktoru jsou stejné jako u pasivního septiku. Hlavní částí bioreaktoru je fermentor - nádoba, ve které probíhá celý fermentační proces. Aby se snížily náklady na ohřev hmoty, je reaktor zahlouben do země. Teplota média tak neklesne pod 12-16 °C a odtok tepla generovaný během reakce zůstává minimální.
Schéma bioplynové stanice: 1 - zásobník suroviny; 2 - bioplyn; 3 - biomasa; 4 — nádrž kompenzátoru; 5 — poklop pro odstranění odpadu; 6 — přetlakový ventil; 7 - plynová trubka; 8 — vodní uzávěr; 9 - spotřebitelům
Pro digestoře o objemu do 3 m 3 je povoleno používat nylonové nádoby. Vzhledem k tomu, že tloušťka a materiál jejich stěn nezasahují do odtoku tepla, jsou nádoby vyloženy vrstvami polystyrenové pěny nebo minerální vlny odolné proti vlhkosti. Dno jámy je vybetonováno 7-10 cm mazaninou s výztuží, aby nedošlo k vymáčknutí reaktoru ze země.
Nejvhodnějším materiálem pro stavbu velkých reaktorů je vyztužený keramzitbeton. Má dostatečnou pevnost, nízkou tepelnou vodivost a dlouhou životnost. Před nalitím stěn komory musíte nainstalovat nakloněnou trubku pro přívod směsi do reaktoru. Jeho průměr je 200-350 mm, spodní konec by měl být 20-30 cm ode dna.
V horní části fermentoru je držák plynu - kupolová nebo kuželová konstrukce, která koncentruje plyn v horním bodě. Plynojem může být plechový, ale u menších instalací je klenba vyzděná, následně obložená ocelovou sítí a omítnuta. Při konstrukci plynové nádrže je nutné zajistit v její horní části utěsněný průchod dvou trubek: pro přívod plynu a instalaci přetlakového ventilu. Pro odčerpání odpadní hmoty se položí další potrubí o průměru 50-70 mm.
Nádoba reaktoru musí být utěsněná a odolávat tlaku 0,1 atm. K tomu je vnitřní povrch digestoře pokryt souvislou vrstvou povlakové bitumenové hydroizolace a na horní straně plynojemu je namontován utěsněný poklop.
Odstraňování a obohacování plynu
Z pod kupolí plynové nádrže je plyn vypouštěn potrubím do nádoby s vodním uzávěrem. Tloušťka vodní vrstvy nad výstupem z trubky určuje provozní tlak v reaktoru a je obvykle 250-400 mm.
Po vodním uzávěru lze plyn použít v topných zařízeních a k vaření. Spalovací motory však ke svému provozu vyžadují vyšší obsah metanu, takže se plyn obohacuje.
První fází obohacování je snížení koncentrace oxidu uhličitého v plynu. K tomu můžete použít speciální zařízení, které funguje na principu chemické absorpce nebo na polopropustných membránách. Doma je obohacování možné i průchodem plynu vrstvou vody, ve které se rozpustí až polovina CO 2 . Plyn je rozprašován do malých bublinek pomocí trubkových provzdušňovačů a voda nasycená oxidem uhličitým musí být periodicky odstraňována a atomizována za normálních atmosférických podmínek. V komplexech pro pěstování rostlin se taková voda úspěšně používá v hydroponických systémech.
Ve druhém stupni obohacování se obsah vlhkosti plynu snižuje. Tato funkce je přítomna ve většině továrně vyrobených obohacovacích zařízení. Domácí odvlhčovače vypadají jako trubice ve tvaru Z naplněné silikagelem.
Využití bioplynu: specifika a zařízení
Většina moderních modelů topných zařízení je navržena pro práci s bioplynem. Zastaralé kotle lze poměrně snadno předělat výměnou hořáku a zařízení na přípravu směsi plyn-vzduch.
Pro získání plynu pod provozním tlakem se používá konvenční pístový kompresor s přijímačem, nastaveným na provoz při tlaku 1,2 konstrukčního tlaku. Normalizace tlaku se provádí pomocí redukčního ventilu, což pomáhá vyhnout se kapkám a udržovat rovnoměrný plamen.
Produktivita bioreaktoru musí být minimálně o 50 % vyšší než spotřeba. Při výrobě nevzniká žádný přebytečný plyn: když tlak překročí 0,05-0,065 atm, reakce se téměř úplně zpomalí a obnoví se až po odčerpání části plynu.
10.1. Obecné informace o výrobě bioplynu
V posledním desetiletí je u nás věnována velká pozornost rozvoji využívání netradičních a obnovitelných zdrojů energie z důvodu nedostatku vlastních palivových a energetických zdrojů. Jedním z netradičních a obnovitelných zdrojů energie může být energie získaná z biomasy. Právě bioplyn získávaný na farmách republiky a výroba energie z něj umožní úsporu přírodních a zkapalněných plynů.
Všechny zdroje biomasy lze rozdělit do tří hlavních skupin:
do první skupiny Patří mezi ně suchozemské rostliny speciálně pěstované pro energetické účely. Největší význam pro pěstování mají lesnické energetické farmy různá plemena stromy: rychle rostoucí druh vrby (vyvinuté běloruskými vědci), eben, eukalyptus, palma, hybridní topol aj. Jednou z perspektivních energetických plodin je topinambur, čirok sladký a cukrová třtina.
Do druhé skupiny zdroje biomasy zahrnují různé organické zbytky a odpady:
a) biologický odpad živočišného původu (dobytčí hnůj, drůbeží trus atd.);
b) zbytky ze sklizně zemědělských plodin a vedlejší produkty jejich zpracování, jako je žitná a pšeničná sláma, kukuřičný klas, natě bavlny, skořápky arašídů, bramborový odpad, rýžové slupky a sláma, slupky semen, lněné slupky atd.;
c) odpad z těžby dřeva, pilařství a zpracování dřeva: kůra, piliny, štěpky, hobliny;
d) průmyslové odpadní voda(zejména textilní, mlékárenské a jiné potravinářské podniky);
e) komunální odpady (pevné a odpadní vody).
Třetí skupina jsou vodní rostliny, včetně mořských řas, včetně obří řasy (hnědé řasy) a vodního hyacintu. Oceán je považován za hlavního dodavatele velkých mořských hnědých řas a řas žijících na dně (bentické rostliny), jakož i řas plovoucích ve stojaté vodě.
Kromě toho je analyzována možnost využití biomasy z ústí slaných a sladkovodních bažin.
Energetický potenciál vodních rostlin je poměrně vysoký. Například čerstvé mořské řasy 29,2 t.e./ha/rok; vodní hyacint -53,6 t.o.e/ha/rok a cukrová třtina 40,0 t.o.e/ha/rok /21/, /26/. V závislosti na vlhkosti a stupni biologické rozložitelnosti se biomasa zpracovává termochemickými metodami ( přímé spalování
, zplyňování, pyrolýza, zkapalňování) nebo biologické (anaerobní zpracování, etanolová fermentace). S jejich pomocí lze z biomasy získat různé konečné energetické produkty, včetně tepla, páry, nízko a vysokokalorických plynů a různých kapalných paliv. Jednou z nejpoužívanějších metod zpracování biomasy zůstává přímé spalování za účelem výroby tepla nebo elektřiny.
Nejslibnějšími procesy pro přeměnu biomasy jsou termochemické zplyňování, fermentace a anaerobní zpracování, jehož výsledkem je syntézní plyn (metan). Rozvoj bioenergie založené na obnovitelném zdroji energie, jako je dřevo, může být pro Bělorusko slibný. Patří sem i pěstování rychle rostoucích odrůd dřeva. V Bělorusku již probíhá výzkum pěstování energetických plantáží kanadské vrby a křídlatky sachalinské Weirich. Tyto stromy se dokážou samy obnovit do 25 let a po 3 letech se provádí kácení a sběr paliva a z jednoho hektaru plantáže lze vyprodukovat v průměru 20 m3 dřeva. Zkoumají se také možnosti pěstování a proveditelnost pěstování sachalinského bambusu a Sylvia latifolia v našich klimatických podmínkách. Technologie spalování dřevěných pelet se rozvíjí a široce využívá. 10.2. Výroba bioplynu z anaerobní digesce Jedním ze způsobů výroby bioplynu je metoda anaerobní(přehřívání) organických látek biologické hmoty různého původu při teplotě 30÷370°C, dále za stálého míchání nakládaných surovin, periodické nakládání surovin do nádoby pro fermentaci a vykládání fermentovaného materiál /17, str. 357-364/. Nádoba, ve které probíhá fermentační proces, se nazývá digestoř nebo reaktor. Při splnění všech výše uvedených podmínek dochází vlivem bakterií přítomných v biomase k rozkladu organických látek a vzniku směsi plynů, tzv. bioplyn.K výrobě bioplynu lze využít odpad ze zpracování zemědělských plodin - siláž, slámu, potravinářský a jiný zemědělský odpad, hnůj, ptačí trus, splašky a podobné suroviny obsahující organické látky. Důležité je, aby prostředí surovin bylo neutrální, bez látek narušujících působení bakterií, jako je mýdlo, prací prášky, antibiotika / 20/.
Bioplyn obsahuje 50÷80 % metanu (CH 4), 50÷20 % oxidu uhličitého (CO 2), 0÷3 % sirovodíku (H 2 S), dále nečistoty: vodík, čpavek a oxidy dusíku. Bioplyn nemá nepříjemný zápach. Spalné teplo 1 m 3 bioplynu dosahuje 21÷29 MJ, což odpovídá přibližně spálení 0,6 litru benzinu, 0,85 litru lihu, 1,7 kg palivového dřeva nebo spotřebě 1,4÷1,6 kWh elektrické energie. Účinnost fermentace závisí na dodržení anaerobních podmínek, teplotních podmínek a délky fermentace. Fermentace hnoje je možná při teplotě 30÷35 °C ( mesofAliniový ředitelAmfermentovanéAjá) a 50÷60°С a více ( termofAliniový ředitelAm).
Délka fermentace hnoje závisí na druhu biomasy. U hnoje skotu a slepičího hnoje je doba trvání 20 dní, u prasečího hnoje - 10 dní. Aktivita mikrobiální reakce je z velké části dána poměrem uhlíku a dusíku. Nejvýhodnější podmínky s poměrem C/N== 10:16.
Z 1 m 3 reaktoru je výtěžnost bioplynu 2÷3 m 3 bioplynu, z ptačího trusu - 6 m 3 /21/. Z jednoho zvířete lze získat následující množství bioplynu za den: skot (o hmotnosti 500÷600 kg) -< 1,5 м 3 ; свиньи (массой 80÷100 кг) - 0,2 м 3 ; куры или кролики - 0,015 м 3 .
Údaje o měrné výtěžnosti bioplynu z různých zemědělských odpadů jsou uvedeny v tabulce 15.1 /17, str.357/.
Energii získanou spalováním bioplynu lze využít pro různé potřeby zemědělství. Pomocí elektrického generátoru poháněného plynovým spalovacím motorem lze vyrábět elektřinu. Nevýhodou je, že část vyrobené energie musí být využita na provoz samotné bioplynové stanice (u některých zařízení až 50 % vyrobené energie).
Bioplyn lze spalovat jako palivo v hořácích topných zařízení, teplovodních kotlů, plynových sporáků a používat v absorpčních chladicích jednotkách, v motorech automobilů a v jednotkách infračerveného záření. Karburátorový motor lze snadno přeměnit na plyn, včetně bioplynu. K tomu je karburátor nahrazen směšovačem. Přestavba dieselových motorů na plynový provoz není náročná. Při přechodu z motorové nafty na zemní plyn se výkon motoru sníží o 20 %, z přírodního na bioplyn - o 10 %. Spotřeba bioplynu je průměrně 0,65 m 3 /kW h Tlak plynu před motorem musí být minimálně 0,4 kPa /17, str. 358/.
V chovu hospodářských zvířat na ohřev vody je potřeba bioplynu na zvíře za rok: dojnice - 21-30 m 3, prase - 1,4-4,9 m 3 . Větší hodnoty těchto čísel se vztahují na malé farmy, menší - na středně velké.
Tabulka 15.1.
Výtěžek bioplynu z organického odpadu
Potřeba bioplynu pro vytápění dojíren je rovna: při počtu krav 40 - 164/327 m 3 /rok; s počtem krav 60 - 212/410 m 3 /rok; s počtem krav 80 - 262/530 m 3 /rok. Čitatel obsahuje údaje při teplotě venkovního vzduchu do -10 °C a jmenovatel - při teplotě venkovního vzduchu t pod -10 °C.
K vytápění drůbežárny při vnější teplotě -10 °C a vnitřní teplotě 18 °C je zapotřebí přibližně 1,2 m 3 / h na 1000 kusů.
Zbytek (methanová kaše) lze použít jako hnojivo.
B A plynové instalace A (BSU), v závislosti na charakteristice technologického schématu, jsou tří typů: kontinuální, periodické a akumulační /17, str.360/.
Při kontinuálním (průtokovém) schématu (obr. 15.1) se čerstvý substrát nakládá do fermentační komory nepřetržitě nebo v určitých intervalech (2 až 10krát denně), přičemž se odstraňuje stejné množství fermentované hmoty. Tento systém umožňuje získat maximální množství bioplynu, ale vyžaduje vyšší náklady na materiál.
Při periodickém (cyklickém) schématu (obr. 15.2) jsou dvě fermentační komory, které se střídavě zatěžují. V tomto případě se užitečný objem komor využívá méně efektivně než u kontinuálního. K jejich naplnění jsou navíc potřeba značné zásoby hnoje nebo jiného substrátu.
Při akumulačním schématu slouží sklad kejdy současně jako komora pro fermentaci a skladování zkvašené kejdy až do jejího vyložení (obr. 15.3).
Anaerobní bakterie- jedná se o mikroorganismy, které pro své životní funkce využívají kyslík v minimálním množství.
Živé bytosti obvykle používají inhalovaný kyslík k oxidaci organické hmoty (uhlík se oxiduje, kyslík se redukuje). V oblastech chudých na kyslík však existují anaerobní bakterie, které se obejdou bez kyslíku a používají nějaké jiné oxidační činidlo.
Anaerobní mikroorganismy objevil francouzský vědec Louis Pasteur v roce 1861. Tento objev se stal senzací pro biology, kteří věřili, že život není možný bez dýchání a použití kyslíku.
Později se ukázalo, že sporotvorné anaeroby nejsou nějaké vzácné divy, ale velmi rozšířené organismy po celém povrchu Země. Následné studie mnoha mikrobiologů ukázaly, že široká škála přírodních prostředí, včetně těch, která zcela postrádají molekulární kyslík, je obývána řadou mikroskopických organismů, které se aktivně účastní koloběhu látek na Zemi.
Hloubkové studium metabolismu anaerobů umožnilo jejich průmyslové využití jako producentů řady sloučenin cenných pro národní hospodářství.
V současné době průmysl a obytné oblasti produkují velké množství odpadu, který je třeba likvidovat a recyklovat. Bioplyn lze získat z organického odpadu. V anaerobních podmínkách bakterie rozkládají organický substrát a bioplyn je meziproduktem jejich metabolismu.
Ve světě se v současnosti používá nebo vyvíjí asi 60 typů technologií výroby bioplynu. Nejběžnější metodou je anaerobní vyhnívání v metatancích (nádržích na biologické zpracování), bez přístupu vzduchu, nebo anaerobní kolony. Část energie získané z využití bioplynu se využívá k udržení procesu.
Bakterie přeměňují biomasu na bioplyn při teplotách nad 25°C. V zemích s horkým klimatem není potřeba metanádrž ohřívat.
Proces je založen na rozkladu (hnití) pod vlivem bakterií patřících do dvou velké rodiny acidogeny a methanogeny, předtříděný pevný odpad (organický odpad, husté nečistoty) v kovových nádobách bez přístupu vzduchu při průměrná teplota asi +55°C. Tento plyn je pod tlakem přiváděn do čistícího systému a následně uvolňován na dvě složky - metan a oxid uhličitý.
Bioplyn se skládá z 55-75 % metanu a 25-45 % oxidu uhličitého, včetně malého množství sirovodíku. Doba tvorby kvalitního bioplynu se pohybuje od 7 do 15 dnů.
Proces rozkladu probíhá ve čtyřech fázích, z nichž každá zahrnuje různé skupiny bakterií.
V první fázi aerobní bakterie transformují vysokomolekulární organické látky (bílkoviny, sacharidy, tuky, celulóza) pomocí enzymů na nízkomolekulární sloučeniny, jako jsou monosacharidy, aminokyseliny, mastné kyseliny a voda. Tento proces se nazývá hydrolýza.
Další rozklad provádějí kyselinotvorné bakterie. Tento proces částečně zahrnuje anaerobní bakterie, které spotřebovávají zbývající kyslík a tím vytvářejí anaerobní podmínky nezbytné pro metanové bakterie. V této fázi vznikají: kyseliny (octová, mravenčí, máselná, propionová, nylon a mléčná), alkoholy a ketony (methanol, ethanol, propanol, butanol, glycerin a aceton), plyny (oxid uhličitý, uhlík, sirovodík a čpavek). Tento stupeň se nazývá oxidační stupeň.
Poté kyselinotvorné bakterie vytvářejí z organických kyselin výchozí produkty pro tvorbu metanu: kyselinu octovou, oxid uhličitý a vodík.
V poslední fázi vzniká metan, oxid uhličitý a voda. V této fázi vzniká 90 % veškerého metanu, 70 % pochází z kyseliny octové. Tvorba kyseliny octové (tedy třetí stupeň štěpení) je tedy faktorem, který určuje rychlost tvorby metanu.
Produkce bioplynu je ekonomicky opodstatněná při zpracování stálého proudu odpadů, například na farmách hospodářských zvířat.
Rusko ročně shromažďuje až 300 milionů tun suchého ekvivalentního organického odpadu: 250 milionů tun v zemědělské produkci, 50 milionů tun ve formě domovní odpad. Tyto odpady jsou surovinou pro výrobu bioplynu. Potenciální objem vyprodukovaného bioplynu ročně by mohl být 90 miliard metrů krychlových. m
Bioplyn se shromažďuje, zabraňuje znečištění ovzduší a používá se jako palivo pro výrobu: elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro automobily. S přihlédnutím ruské poměry Metan vyrobený z bioplynu, nebo bioplyn v jeho hlavní formě, lze využít jako palivo pro malé kotelny, vozidla a výrobu elektřiny.
Oddělený metan z bioplynu je surovinou pro výrobu mnoha cenných produktů chemického průmyslu - metanolu, formaldehydu, acetylenu, sirouhlíku, chloroformu, kyseliny kyanovodíkové, sazí.
Zbývající kvalitní kompost a hnojivo bohaté na dusík jsou prodávány zemědělským podnikům a jednotlivcům.
Tato technologie je považována za zcela bezodpadovou výrobu, kde každá součástka má své uplatnění.
Materiál byl připraven na základě informací z otevřených zdrojů
Bioplyn je plyn získaný v důsledku fermentace (fermentace) organických látek (například: sláma; plevel; zvířecí a lidské výkaly; odpadky; organický odpad z domovních a průmyslových odpadních vod atd.) za anaerobních podmínek. Produkce bioplynu zahrnuje různé typy mikroorganismů s různým počtem katabolických funkcí.
Složení bioplynu.
Více než polovinu bioplynu tvoří metan (CH 4). Metan tvoří přibližně 60 % bioplynu. Kromě toho bioplyn obsahuje oxid uhličitý (CO 2) asi 35% a také další plyny jako vodní páru, sirovodík, oxid uhelnatý, dusík a další. Bioplyn získaný za různých podmínek se liší svým složením. Bioplyn z lidských exkrementů, hnoje a jatečního odpadu tak obsahuje až 70 % metanu. rostlinné zbytky typicky kolem 55 % metanu.
Mikrobiologie bioplynu.
Fermentaci bioplynu lze v závislosti na použitém mikrobiálním druhu bakterií rozdělit do tří fází:
První se nazývá začátek bakteriální fermentace. Různé organické bakterie při množení vylučují extracelulární enzymy, jejichž hlavní úlohou je ničit složité organické sloučeniny za hydrolytického vzniku jednoduchých látek. Například polysacharidy až monosacharidy; protein na peptidy nebo aminokyseliny; tuky na glycerol a mastné kyseliny.
Druhý stupeň se nazývá vodík. Vodík vzniká v důsledku činnosti bakterií octového kvašení. Jejich hlavní úlohou je bakteriální rozklad kyseliny octové za vzniku oxidu uhličitého a vodíku.
Třetí stupeň se nazývá metanogenní. Zahrnuje typ bakterií známých jako metanogeny. Jejich úlohou je využívat kyselinu octovou, vodík a oxid uhličitý k výrobě metanu.
Klasifikace a charakteristika surovin pro fermentaci bioplynu.
Téměř všechny přírodní organické materiály lze použít jako surovinu pro fermentaci bioplynu. Hlavními surovinami pro výrobu bioplynu jsou odpadní vody: splašky; potravinářský, farmaceutický a chemický průmysl. Ve venkovských oblastech se jedná o odpad vznikající při sklizni. Vzhledem k rozdílům v původu se liší i proces tvorby, chemické složení a struktura bioplynu.
Zdroje surovin pro bioplyn v závislosti na původu:
1. Zemědělské suroviny.
Tyto suroviny lze rozdělit na suroviny s vysokým obsahem dusíku a suroviny s vysokým obsahem uhlíku.
Suroviny s vysokým obsahem dusíku:
lidské výkaly, hnůj hospodářských zvířat, ptačí trus. Poměr uhlík-dusík je 25:1 nebo méně. Tak syrové to bylo úplně převařené gastrointestinální traktčlověk nebo zvíře. Zpravidla obsahuje velké množství nízkomolekulárních sloučenin. Voda v těchto surovinách byla částečně přeměněna a stala se součástí nízkomolekulárních sloučenin. Tato surovina se vyznačuje snadným a rychlým anaerobním rozkladem na bioplyn. A také bohatý výstup metanu.
Suroviny s vysokým obsahem uhlíku:
sláma a plevy. Poměr uhlíku a dusíku je 40:1. Má vysoký obsah vysokomolekulárních sloučenin: celulóza, hemicelulóza, pektin, lignin, rostlinné vosky. Anaerobní rozklad probíhá poměrně pomalu. Aby se zvýšila rychlost produkce plynu, takové materiály obvykle vyžadují předběžnou úpravu před fermentací.
2. Městský organický odpad z vody.
Zahrnuje lidský odpad, splašky, organický odpad, organickou průmyslovou odpadní vodu, kal.
3. Vodní rostliny.
Zahrnuje vodní hyacint, další vodní rostliny a řasy. Odhadované plánované kapacitní využití výrobních kapacit se vyznačuje vysokou závislostí na solární energii. Mají vysokou ziskovost. Technologická organizace vyžaduje pečlivější přístup. Snadno dochází k anaerobnímu rozkladu. Metanový cyklus je krátký. Zvláštností takových surovin je, že bez předúpravy plavou v reaktoru. Aby se to vyloučilo, je třeba suroviny na 2 dny mírně vysušit nebo předkompostovat.
Zdroje surovin pro bioplyn v závislosti na vlhkosti:
1. Pevné suroviny:
sláma, organický odpad s relativně vysokým obsahem sušiny. Zpracovávají se metodou suché fermentace. Potíže vznikají při odstraňování velkého množství pevných usazenin z rektora. Celkové množství použitých surovin lze vyjádřit jako součet obsahu pevných látek (TS) a těkavých látek (VS). Těkavé látky lze přeměnit na metan. Pro výpočet těkavých látek se vzorek surovin vloží do muflové pece o teplotě 530-570°C.
2. Tekuté suroviny:
čerstvé výkaly, hnůj, trus. Obsahuje asi 20 % sušiny. Navíc vyžadují přidání vody v množství 10 % pro smíchání s pevnými surovinami během suché fermentace.
3. Organický odpad střední vlhkosti:
výpalky z výroby lihu, odpadní vody z celulózek atd. Takové suroviny obsahují různá množství bílkovin, tuků a sacharidů a jsou dobré suroviny pro výrobu bioplynu. Pro tuto surovinu se používají zařízení typu UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - vzestupný anaerobní proces).
Název fermentovaného odpadu | Průměrná rychlost průtok bioplynu při normální produkci plynu (m 3 /m 3 /d) | Výkon bioplynu, m 3 /Kg/TS | Výroba bioplynu (% celkové produkce bioplynu) | |||
0-15d | 25-45 d | 45-75 d | 75-135 d | |||
Suchý hnůj | 0,20 | 0,12 | 11 | 33,8 | 20,9 | 34,3 |
Voda pro chemický průmysl | 0,40 | 0,16 | 83 | 17 | 0 | 0 |
Rogulnik (chilim, vodní kaštan) | 0,38 | 0,20 | 23 | 45 | 32 | 0 |
Vodní salát | 0,40 | 0,20 | 23 | 62 | 15 | 0 |
Prasečí hnůj | 0,30 | 0,22 | 20 | 31,8 | 26 | 22,2 |
Suchá tráva | 0,20 | 0,21 | 13 | 11 | 43 | 33 |
Sláma | 0,35 | 0,23 | 9 | 50 | 16 | 25 |
Lidské exkrementy | 0,53 | 0,31 | 45 | 22 | 27,3 | 5,7 |
Výpočet procesu fermentace metanu.
Obecné zásady výpočty fermentačního inženýrství jsou založeny na zvyšujícím se zatížení organické suroviny a zkrácení doby trvání metanového cyklu.
Výpočet surovin na cyklus.
Nakládání surovin je charakterizováno: Hmotnostním zlomkem TS (%), hmotnostním zlomkem VS (%), koncentrací CHSK (CHSK - chemická spotřeba kyslíku, což znamená CHSK - chemický indikátor kyslíku) (Kg/m 3). Koncentrace závisí na typu fermentačních zařízení. Například moderní průmyslové reaktory na odpadní vody jsou UASB (upstream anaerob process). Pro pevné suroviny se používají AF (anaerobní filtry) - obvykle je koncentrace menší než 1%. Průmyslový odpad jako surovina pro bioplyn má nejčastěji vysokou koncentraci a je třeba jej ředit.
Výpočet rychlosti stahování.
Pro stanovení denního množství zatížení reaktoru: koncentrace CHSK (kg/m 3 ·d), TS (kg/m 3 ·d), VS (kg/m 3 ·d). Tyto ukazatele jsou důležitými ukazateli pro hodnocení účinnosti bioplynu. Je třeba usilovat o omezení zátěže a zároveň mít vysoká úroveň objem produkce plynu.
Výpočet poměru objemu reaktoru k výkonu plynu.
Tento ukazatel je důležitým ukazatelem pro hodnocení účinnosti reaktoru. Měřeno v kg/m 3 ·d.
Výtěžek bioplynu na jednotku hmotnosti fermentace.
Tento ukazatel charakterizuje současný stav výroby bioplynu. Například objem sběrače plynu je 3 m3. Denně se dodává 10 kg/TS. Výtěžnost bioplynu je 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). V závislosti na situaci můžete použít teoretický výstup plynu nebo skutečný výstup plynu.
Teoretický výtěžek bioplynu je určen vzorcem:
Produkce metanu (E):
E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.
Produkce oxidu uhličitého (D):
D = 0,37A + 0,49B + 0,36C.
Kde A je obsah sacharidů na gram fermentačního materiálu, B je protein, C je obsah tuku
Hydraulický objem.
Pro zvýšení účinnosti je nutné zkrátit dobu kvašení. Do jisté míry je zde souvislost s úbytkem fermentujících mikroorganismů. V současné době mají některé výkonné reaktory dobu fermentace 12 dní nebo i méně. Hydraulický objem se vypočítává výpočtem objemu denního plnění suroviny ode dne zahájení plnění surovinou a závisí na době zdržení v reaktoru. Například fermentace je plánována při 35°C, koncentrace krmiva je 8% (celkové množství TS), denní objem krmiva je 50 m 3, doba fermentace v reaktoru je 20 dní. Hydraulický objem bude: 50·20 = 100 m3.
Výroba bioplynu, jako každá biochemická výroba, má odpad. Odpad z biochemické výroby může v případech nekontrolované likvidace odpadu způsobit poškození životního prostředí. Například pád do řeky vedle. Moderní velké bioplynové stanice produkují tisíce a dokonce desetitisíce kilogramů odpadu denně. Kvalitativní složení a způsoby nakládání s odpady z velkých bioplynových stanic kontrolují podnikové laboratoře a státní správa životního prostředí. Malé farmářské bioplynové stanice nemají takové kontroly ze dvou důvodů: 1) protože je zde málo odpadu, bude jen málo škodit životnímu prostředí. 2) Provádění kvalitní analýzy odpadů vyžaduje specifické laboratorní vybavení a vysoce specializovaný personál. Malí farmáři to nemají, ale vládní agentury takovou kontrolu právem považují za nevhodnou.
Indikátorem úrovně kontaminace odpadu bioplynového reaktoru je CHSK (chemický indikátor kyslíku).
Je použit následující matematický vztah: CHSK rychlosti organického zatížení Kg/m 3 ·d = zatížení koncentrace CHSK (kg/m 3) / hydraulická skladovatelnost (d).
Průtok plynu v objemu reaktoru (kg/(m 3 · d)) = výtěžek bioplynu (m 3 /kg) / CHSK organického zatížení kg/(m 3 · d).
Výhody bioplynových energetických stanic:
pevný a kapalný odpad mají specifický zápach, který odpuzuje mouchy a hlodavce;
schopnost produkovat užitečný konečný produkt - metan, což je čisté a pohodlné palivo;
během fermentačního procesu odumírají semena plevelů a některé z patogenů;
během fermentačního procesu jsou dusík, fosfor, draslík a další složky hnojiv téměř zcela zachovány, část organického dusíku se přeměňuje na amoniakální dusík, což zvyšuje jeho hodnotu;
fermentační zbytek může být použit jako krmivo pro zvířata;
fermentace bioplynu nevyžaduje použití kyslíku ze vzduchu;
anaerobní kal lze skladovat několik měsíců bez přidávání živin a poté, když se přidá panenské krmivo, může fermentace rychle začít znovu.
Nevýhody bioplynových energetických stanic:
složité zařízení a vyžaduje poměrně velké investice do konstrukce;
vyžaduje vysokou úroveň výstavby, správy a údržby;
Počáteční anaerobní propagace fermentace probíhá pomalu.
Vlastnosti procesu fermentace metanu a řízení procesu:
1. Teplota výroby bioplynu.
Teplota pro výrobu bioplynu může být v relativně širokém teplotním rozmezí 4~65°C. S rostoucí teplotou se rychlost produkce bioplynu zvyšuje, ale ne lineárně. Teplota 40~55°C je přechodová zónaživotně důležitá aktivita různých mikroorganismů: termofilní a mezofilní bakterie. Nejvyšší rychlost anaerobní fermentace nastává v úzkém teplotním rozmezí 50~55°C. Při teplotě fermentace 10 °C je průtok plynu 59 % za 90 dní, ale ke stejnému průtoku při teplotě fermentace 30 °C dochází za 27 dní.
Náhlá změna teploty bude mít významný dopad na produkci bioplynu. Konstrukce bioplynové stanice musí nutně umožňovat řízení takového parametru, jako je teplota. Teplotní změny o více než 5°C výrazně snižují produktivitu bioplynového reaktoru. Pokud byla například teplota v bioplynovém reaktoru po dlouhou dobu 35 °C a pak náhle klesla na 20 °C, pak se výroba bioplynového reaktoru téměř úplně zastaví.
2. Roubovací materiál.
Fermentace metanu obvykle vyžaduje k dokončení specifický počet a typ mikroorganismů. Sediment bohatý na metanové mikroby se nazývá inokulum. Bioplynová fermentace je v přírodě rozšířená a stejně rozšířená jsou místa s roubovacím materiálem. Jsou to: čistírenské kaly, kaly, dnové sedimenty hnojných jímek, různé čistírenské kaly, zbytky trávicího traktu atd. Díky bohaté organické hmotě a dobrým anaerobním podmínkám se u nich vyvíjejí bohatá mikrobiální společenstva.
Inokulum přidané poprvé do nového bioplynového reaktoru může významně zkrátit období stagnace. V novém bioplynovém reaktoru je nutné ručně přihnojovat roubovacím materiálem. Při využití průmyslového odpadu jako suroviny je tomu věnována zvláštní pozornost.
3. Anaerobní prostředí.
Anaerobnost prostředí je dána stupněm anaerobnosti. Typicky se redoxní potenciál obvykle označuje hodnotou Eh. Za anaerobních podmínek má Eh záporná hodnota. U anaerobních metanových bakterií leží Eh v rozmezí -300 ~ -350 mV. Některé bakterie, které produkují fakultativní kyseliny, jsou schopny žít normální život při Eh -100 ~ + 100 mV.
Pro zajištění anaerobních podmínek je nutné zajistit, aby bioplynové reaktory byly postaveny těsně uzavřené, aby byla zajištěna jejich vodotěsnost a těsnost.
U velkých průmyslových bioplynových reaktorů je hodnota Eh vždy řízena. U malých farmářských bioplynových reaktorů vyvstává problém kontroly této hodnoty z důvodu nutnosti nákupu drahého a složitého zařízení.
4. Kontrola kyselosti média (pH) v bioplynovém reaktoru. Methanogeny vyžadují rozmezí pH ve velmi úzkém rozmezí. V průměru pH=7. Fermentace probíhá v rozmezí pH od 6,8 do 7,5. Regulace pH je k dispozici pro malé bioplynové reaktory. Mnoho farmářů k tomu používá jednorázové lakmusové papírové proužky. Velké závody často používají elektronická zařízení pro monitorování pH. Za normálních okolností je rovnováha fermentace metanu přirozený proces, obvykle bez úpravy pH. Pouze v ojedinělých případech se objeví špatné hospodaření hromadná shromáždění
těkavé kyseliny, snížení pH. Zmírňující opatření zvýšená kyselost
pH jsou:
(1) Částečně vyměňte médium v bioplynovém reaktoru, čímž se zředí obsah těkavých kyselin. Tím se zvýší pH.
(2) Přidejte popel nebo čpavek pro zvýšení pH.
(3) Upravte pH vápnem. Toto opatření je zvláště účinné v případech extrémně vysokého obsahu kyselin.
5. Míchání média v bioplynovém reaktoru.
V typické fermentační nádrži je fermentační médium obvykle rozděleno do čtyř vrstev: vrchní kůra, vrstva supernatantu, aktivní vrstva a vrstva kalů.
Účel míchání:
1) přemístění aktivních bakterií do nové části primárních surovin, zvýšení kontaktní plochy mikrobů a surovin pro urychlení rychlosti produkce bioplynu, zvýšení efektivity využití surovin.
2) zamezení tvorby silné vrstvy kůry, která vytváří odpor proti uvolňování bioplynu. Náročné na míchání jsou především suroviny jako sláma, plevel, listí apod. V silné vrstvě kůry jsou vytvořeny podmínky pro hromadění kyseliny, což je nepřijatelné.
Způsoby míchání:
1) mechanické míchání koly různých typů instalovanými uvnitř pracovního prostoru bioplynového reaktoru. 2) smíchání s bioplynem odebraným z horní části bioreaktoru a přiváděným do spodní část
s nadměrným tlakem.
3) míchání oběhovým hydraulickým čerpadlem.
Pouze optimální poměr živin přispívá k efektivní fermentaci. Hlavním ukazatelem je poměr uhlíku k dusíku (C:N). Optimální poměr je 25:1. Četné studie prokázaly, že hranice optimálního poměru jsou 20-30:1 a produkce bioplynu je výrazně snížena při poměru 35:1. Experimentální studie odhalily, že fermentace bioplynu je možná s poměrem uhlíku k dusíku 6:1.
7. Tlak.
Metanové bakterie se mohou přizpůsobit vysokým hydrostatickým tlakům (asi 40 metrů nebo více). Jsou ale velmi citlivé na změny tlaku a proto je potřeba stabilní tlak (žádné náhlé změny tlaku). K výrazným změnám tlaku může dojít v případech: výrazného zvýšení spotřeby bioplynu, relativně rychlého a velkého zatěžování bioreaktoru primárními surovinami, nebo podobného vykládání reaktoru od usazenin (čištění).
Způsoby stabilizace tlaku:
2) dodávat čerstvé primární suroviny a čištění současně a při stejné rychlosti vypouštění;
3) instalace plovoucích krytů na bioplynový reaktor umožňuje udržovat relativně stabilní tlak.
8. Aktivátory a inhibitory.
Některé látky, když se přidávají v malých množstvích, zlepšují výkon bioplynového reaktoru, takové látky jsou známé jako aktivátory. Zatímco se přidávají další látky malá množství vést k významné inhibici procesů v bioplynovém reaktoru, takové látky se nazývají inhibitory;
Je známo mnoho typů aktivátorů, včetně některých enzymů, anorganických solí, organických a anorganických látek. Například přidání určitého množství enzymu celulázy značně usnadňuje produkci bioplynu. Přídavek 5 mg/kg vyšších oxidů (R 2 O 5) může zvýšit produkci plynu o 17 %. Výtěžnost bioplynu pro primární suroviny ze slámy a podobně lze výrazně zvýšit přidáním hydrogenuhličitanu amonného (NH 4 HCO 3). Aktivátory jsou také aktivní uhlí nebo rašelina. Napájení bioreaktoru vodíkem může dramaticky zvýšit produkci metanu.
Inhibitory se týkají především některých sloučenin kovových iontů, solí, fungicidů.
Klasifikace fermentačních procesů.
Metanová fermentace je přísně anaerobní fermentace. Fermentační procesy jsou rozděleny do následujících typů:
Rozdělení podle teploty kvašení.
Lze rozdělit na "přirozené" teploty fermentace proměnlivá teplota), v tomto případě je teplota fermentace asi 35 °C a proces probíhá s vysokou teplotou fermentace (asi 53 °C).
Klasifikace podle diferencovanosti.
Podle rozdílného charakteru kvašení ji lze rozdělit na jednostupňovou, dvoustupňovou a vícestupňovou.
1) Jednostupňová fermentace.
Odkazuje na nejběžnější typ fermentace. To platí pro zařízení, ve kterých současně vznikají kyseliny a metan. Jednostupňové fermentace mohou být méně účinné z hlediska BSK (biologická spotřeba kyslíku) než dvou a vícestupňové fermentace.
2) Dvoustupňová fermentace.
Na bázi oddělené fermentace kyselin a metanogenních mikroorganismů. Tyto dva typy mikrobů mají odlišnou fyziologii a nutriční požadavky a existují významné rozdíly v růstu, metabolických vlastnostech a dalších aspektech. Dvoustupňová fermentace může výrazně zlepšit výtěžnost bioplynu a rozklad těkavých mastných kyselin, zkrátit fermentační cyklus, přinést výrazné úspory provozních nákladů a efektivně odstranit organické nečistoty z odpadu.
3) Vícestupňová fermentace.
Používá se pro primární suroviny bohaté na celulózu v následujícím pořadí:
(1) Celulózový materiál se hydrolyzuje v přítomnosti kyselin a zásad. Tvoří se glukóza.
(2) Zavádí se roubovací materiál. Obvykle se jedná o aktivní kal nebo odpadní vodu z bioplynového reaktoru.
(3) Vytvořte vhodné podmínky pro produkci kyselých bakterií (produkujících těkavé kyseliny): pH=5,7 (ale ne více než 6,0), Eh=-240mV, teplota 22°C. V této fázi vznikají tyto těkavé kyseliny: octová, propionová, máselná, izomáselná.
(4) Vytvořte vhodné podmínky pro produkci metanových bakterií: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, teplota 36-37°C
Klasifikace podle periodicity.
Technologie fermentace se dělí na vsádkovou fermentaci, kontinuální fermentaci, polokontinuální fermentaci.
1) Vsádková fermentace.
Suroviny a roubovací materiál se jednou vloží do bioplynového reaktoru a podrobí se fermentaci. Tato metoda se používá při potížích a nepříjemnostech při nakládání primárních surovin a také při vykládání odpadu. Například ne nasekanou slámu nebo velké brikety z organického odpadu.
2) Kontinuální fermentace.
To zahrnuje případy, kdy jsou suroviny rutinně nakládány do biorektoru několikrát denně a odpad z fermentace je odstraňován.
3) Polokontinuální fermentace.
To se týká bioplynových reaktorů, u kterých je normální občas ne stejné množství přidat různé primární suroviny. Toto technologické schéma nejčastěji využívají malé farmy v Číně a je spojeno se zvláštnostmi hospodaření. funguje Bioplynové reaktory s polokontinuální fermentací mohou mít různé konstrukční rozdíly. Tyto návrhy jsou diskutovány níže.
Schéma č. 1. Bioplynový reaktor s pevným víkem.
Konstrukční vlastnosti: spojení fermentační komory a skladu bioplynu v jedné konstrukci: suroviny fermentují ve spodní části; v horní části je uložen bioplyn.
Princip fungování:
Bioplyn vychází z kapaliny a shromažďuje se pod víkem bioplynového reaktoru v jeho kopuli. Tlak bioplynu je vyvážen hmotností kapaliny. Čím vyšší je tlak plynu, tím více kapaliny opouští fermentační komoru. Čím nižší je tlak plynu, tím více kapaliny vstupuje do fermentační komory. Během provozu bioplynového reaktoru je v něm vždy kapalina a plyn. Ale v různých poměrech.
Schéma č. 2. Bioplynový reaktor s plovoucím krytem.
Schéma č. 3. Bioplynový reaktor s pevným víkem a externím držákem plynu.
Konstrukční vlastnosti: 1) místo plovoucího krytu má samostatně zabudovanou nádrž na plyn; 2) tlak bioplynu na výstupu je konstantní.
Výhody schématu č. 3: 1) ideální pro provoz bioplynových hořáků, které striktně vyžadují určitý jmenovitý tlak; 2) s nízkou fermentační aktivitou v bioplynovém reaktoru je možné zajistit spotřebiteli stabilní a vysoký tlak bioplynu.
Průvodce stavbou domácího bioplynového reaktoru.
GB/T 4750-2002 Domácí bioplynové reaktory.
GB/T 4751-2002 Kvalitní akceptace domácích bioplynových reaktorů.
GB/T 4752-2002 Pravidla pro stavbu domácích bioplynových reaktorů.
GB 175 -1999 portlandský cement, obyčejný portlandský cement.
GB 134-1999 Portlandský struskový cement, vulkanický tufový cement a popílkový cement.
GB 50203-1998 Stavba zdiva a přejímka.
JGJ52-1992 Standard kvality pro běžný pískový beton. Testovací metody.
JGJ53- 1992 Standard kvality pro běžný drcený kámen nebo štěrkový beton. Testovací metody.
JGJ81 -1985 Mechanické vlastnosti obyčejného betonu. Testovací metoda.
JGJ/T 23-1992 Technická specifikace pro zkoušení pevnosti betonu v tlaku metodou odrazu.
JGJ70 -90 Minomet. Zkušební metoda pro základní charakteristiky.
Cihly GB 5101-1998.
GB 50164-92 Kontrola kvality betonu.
Vzduchotěsnost.
Konstrukce bioplynového reaktoru poskytuje vnitřní tlak 8000 (nebo 4000 Pa). Míra úniku po 24 hodinách je menší než 3 %.
Jednotka produkce bioplynu na objem reaktoru.
Pro uspokojivé podmínky pro výrobu bioplynu se považuje za normální, když se na metr krychlový objemu reaktoru vyrobí 0,20-0,40 m 3 bioplynu.
Normální objem uskladnění plynu je 50 % denní produkce bioplynu.
Bezpečnostní faktor není menší než K=2,65.
Běžná životnost je minimálně 20 let.
Živé zatížení 2 kN/m2.
Únosnost základové konstrukce je minimálně 50 kPa.
Plynojemy jsou konstruovány pro tlak maximálně 8000 Pa a s plovoucím víkem pro tlak maximálně 4000 Pa.
Maximální tlakový limit pro bazén není vyšší než 12000 Pa.
Minimální tloušťka obloukové klenby reaktoru je minimálně 250 mm.
Maximální zatížení reaktoru je 90 % jeho objemu.
Konstrukce reaktoru počítá s přítomností prostoru pod víkem reaktoru pro flotaci plynu ve výši 50 % denní produkce bioplynu.
Objem reaktoru je 6 m3, průtok plynu je 0,20 m3/m3/d.
Podle těchto výkresů je možné postavit reaktory o objemu 4 m3, 8 m3, 10 m3. K tomu je nutné použít korekční rozměrové hodnoty uvedené v tabulce na výkresech.
Příprava výstavby bioplynového reaktoru.
Volba typu bioplynového reaktoru závisí na množství a vlastnostech fermentované suroviny. Výběr navíc závisí na místních hydrogeologických a klimatické podmínky a úroveň stavební technologie.
Bioplynový reaktor pro domácnost by měl být umístěn v blízkosti toalet a prostor s hospodářskými zvířaty ve vzdálenosti nejvýše 25 metrů. Umístění bioplynového reaktoru by mělo být na závětrné a slunečné straně na pevné zemi s nízká úroveň podzemní vody.
Pro výběr konstrukce bioplynového reaktoru použijte níže uvedené tabulky spotřeby stavebních materiálů.
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,828 | 2,148 | 2,508 | 2,956 | |
Cement, kg | 523 | 614 | 717 | 845 | |
Písek, m 3 | 0,725 | 0,852 | 0,995 | 1,172 | |
Štěrk, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 | |
Objem, m3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 | |
Cement, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Písek, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 759 | 904 | 1042 | 1230 |
Písek, m 3 | 1,096 | 1,313 | 1,514 | 1,792 | |
Štěrk, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 |
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,540 | 1,840 | 2,104 | 2,384 | |
Cement, kg | 471 | 561 | 691 | 789 | |
Písek, m 3 | 0,863 | 0,990 | 1,120 | 1,260 | |
Štěrk, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Omítání montované stavby | Objem, m3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 |
Cement, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Písek, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 707 | 851 | 1016 | 1174 |
Písek, m 3 | 1,234 | 1,451 | 1,639 | 1,880 | |
Štěrk, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Ocelové materiály | Průměr ocelové tyče 12 mm, kg | 14 | 18,98 | 20,98 | 23,00 |
Průměr ocelové výztuže 6,5 mm, kg | 10 | 13,55 | 14,00 | 15,00 |
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,257 | 1,635 | 2,017 | 2,239 | |
Cement, kg | 350 | 455 | 561 | 623 | |
Písek, m 3 | 0,622 | 0,809 | 0,997 | 1,107 | |
Štěrk, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,510 | 1,710 | |
Omítání montované stavby | Objem, m3 | 0,277 | 0,347 | 0,400 | 0,508 |
Cement, kg | 113 | 142 | 163 | 208 | |
Písek, m 3 | 0,259 | 0,324 | 0,374 | 0,475 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 6 | 7 | 9 | 11 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 469 | 604 | 733 | 842 |
Písek, m 3 | 0,881 | 1,133 | 1,371 | 1,582 | |
Štěrk, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,540 | 1,710 |
Popis | Označení na výkresech |
Materiály: | |
Potrubí (příkop v zemi) | |
Symboly: | |
Odkaz na detailní výkres. Horní číslo označuje číslo dílu. Spodní číslo označuje číslo výkresu s podrobným popisem dílu. Pokud je místo nižšího čísla uvedeno znaménko „-“, znamená to, že na tomto výkresu je uveden podrobný popis součásti. | |
Řez dílu. Tučné čáry označují rovinu řezu a směr pohledu a čísla označují identifikační číslo řezu. | |
Šipka ukazuje poloměr. Čísla za písmenem R označují hodnotu poloměru. | |
Běžně přijímané: | |
V souladu s tím hlavní poloosa a krátká osa elipsoidu | |
Délka | |
Návrhy bioplynových reaktorů.
Zvláštnosti:
Typ konstrukčního prvku hlavního bazénu.
Dno se svažuje od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru. Tím je zajištěno vytvoření konstantního pohyblivého proudu. Na výkresech č. 1-9 jsou vyznačeny tři typy konstrukcí bioplynových reaktorů: typ A, typ B, typ C.
Bioplynový reaktor typu A: Nejjednodušší konstrukce. Odvod kapalné látky je zajištěn pouze výstupním okénkem silou tlaku bioplynu uvnitř fermentační komory.
Bioplynový reaktor typ B: Hlavní bazén je vybaven svislým potrubím uprostřed, kterým je možné za provozu přivádět nebo odebírat kapalnou látku dle potřeby. Kromě toho má tento typ bioplynového reaktoru pro vytvoření toku látky vertikálním potrubím reflexní (deflektorovou) přepážku na dně hlavního bazénu.
Bioplynový reaktor typ C: Má podobnou konstrukci jako reaktor typu B, je však vybaven ručním pístovým čerpadlem jednoduché konstrukce instalovaným ve středovém vertikálním potrubí a dalšími reflexními přepážkami na dně hlavní nádrže. . Tyto designové prvky umožňují efektivně řídit parametry hlavních technologických procesů v hlavním bazénu díky jednoduchosti expresních vzorků. A také využít bioplynový reaktor jako dárce bioplynových bakterií. V reaktoru tohoto typu dochází k úplnější difúzi (promíchání) substrátu, což zase zvyšuje výtěžek bioplynu.
Fermentační vlastnosti:
Proces spočívá ve výběru roubovacího materiálu; příprava primárních surovin (upravení hustoty vodou, úprava kyselosti, přidání roubovacího materiálu); fermentace (kontrola míchání substrátu a teploty).
Jako fermentační materiály se používají lidské výkaly, hnůj hospodářských zvířat a ptačí trus. Při procesu kontinuální fermentace jsou vytvořeny relativně stabilní podmínky pro efektivní provoz bioplynového reaktoru.
Principy designu.
Dodržování „trojitého“ systému (bioplyn, záchod, stodola). Bioplynový reaktor je vertikální válcová nádrž. Výška válcové části H=1m. Horní část nádrže má klenutou klenbu. Poměr výšky oblouku k průměru válcové části je f 1 /D=1/5. Dno se svažuje od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru. Úhel sklonu 5 stupňů.
Konstrukce tanku zajišťuje uspokojivé podmínky kvašení. K pohybu substrátu dochází gravitací. Systém funguje, když je nádrž plně naložena a řídí se na základě doby zdržení surovin zvýšením produkce bioplynu. Bioplynové reaktory typu B a C mají další zařízení pro zpracování substrátu.
Nádrž nemusí být plně naplněna surovinami. To snižuje produkci plynu bez obětování účinnosti.
Nízká cena, snadná správa, široké populární použití.
Popis stavebních materiálů.
Materiál stěn, dna a střechy bioplynového reaktoru je beton.
Čtvercové části, jako je nakládací kanál, mohou být vyrobeny z cihel. Betonové konstrukce mohou být vyrobeny litím betonové směsi, ale mohou být také vyrobeny z prefabrikovaných betonových prvků (jako jsou: kryt vstupního otvoru, nádrž na bakterie, středová trubka). Bakteriální klec je kruhového průřezu a skládá se z rozbitých vaječných skořápek umístěných v copu.
Posloupnost stavebních operací.
Způsob lití bednění je následující. Na zemi je vyznačen obrys budoucího bioplynového reaktoru. Zemina se odstraní. Nejprve se naplní dno. Na spodní straně je instalováno bednění pro nalití betonu do prstence. Stěny jsou vylévány pomocí bednění a poté obloukové klenby. Na bednění lze použít ocel, dřevo nebo cihlu. Lití se provádí symetricky a pro pevnost se používají pěchovací zařízení. Přebytečný tekutý beton se odstraní špachtlí.
Stavební výkresy.
Stavba je provedena dle výkresů č. 1-9.
Nákres 1. Bioplynový reaktor 6 m 3. Typ A:
Nákres 2. Bioplynový reaktor 6 m 3. Typ A:
Stavba bioplynových reaktorů z prefabrikovaných betonových desek je pokročilejší stavební technologií. Tato technologie je pokročilejší díky snadné implementaci zachování rozměrové přesnosti, snížení doby výstavby a nákladů. Hlavní rys konstrukce spočívá v tom, že hlavní prvky reaktoru (klenutá klenba, stěny, kanály, kryty) jsou vyráběny mimo místo instalace, poté jsou přepravovány na místo instalace a smontovány na místě ve velké jámě. Při montáži takového reaktoru je hlavní pozornost věnována přesnosti horizontální a vertikální instalace a také hustotě tupých spojů.
Výkres 13. Bioplynový reaktor 6 m 3. Podrobnosti o bioplynovém reaktoru ze železobetonových desek:
Výkres 14. Bioplynový reaktor 6 m 3. Prvky sestavy bioplynového reaktoru:
Výkres 15. Bioplynový reaktor 6 m 3. Montážní prvky železobetonového reaktoru:
Ekologie spotřeby: Je výhodné vyrábět biopaliva doma v malých množstvích vedlejší pozemek? Pokud máte několik kovových sudů a jiného železného harampádí, stejně jako spoustu volného času a nevíte, jak to zvládnout - ano.
Předpokládejme, že ve vaší vesnici nebyl zemní plyn a nikdy nebude. A i kdyby ano, stojí to peníze. I když je to řádově levnější než nákladné vytápění elektřinou a kapalným palivem. Nejbližší dílna na výrobu pelet je pár set kilometrů daleko a doprava je drahá. Kupovat palivové dřevo je rok od roku stále obtížnější a je také obtížné s ním hořet. Na tomto pozadí vypadá myšlenka získat zdarma bioplyn na vlastním dvorku z plevele, kuřecího trusu, hnoje od vašeho oblíbeného prasete nebo z obsahu stavení majitele. Jediné, co musíte udělat, je vyrobit bioreaktor! V televizi mluví o tom, jak se šetrní němečtí farmáři zahřívají „hnojovými“ zdroji a nyní nepotřebují žádný Gazprom. Zde platí rčení „sundá film z výkalů“. Internet je plný článků a videí na téma „bioplyn z biomasy“ a „udělej si sám bioplynová stanice“. Ale ouha praktická aplikace O technologii víme málo: každý, kdo není líný, mluví o výrobě bioplynu doma, ale konkrétní příklady ve vesnici stejně jako legendární Yo-Mobile na silnici viděl naživo málokdo. Zkusme přijít na to, proč tomu tak je a jaké jsou vyhlídky progresivních bioenergetických technologií ve venkovských oblastech.
Co je to bioplyn + trocha historie
Bioplyn vzniká následkem sekvenčního třístupňového rozkladu (hydrolýza, tvorba kyseliny a metanu) biomasy různé typy bakterie. Užitečnou hořlavou složkou je methan a může být také přítomen vodík.
Proces bakteriálního rozkladu, při kterém vzniká hořlavý metan
Při rozkladu jakýchkoli zbytků živočišného a rostlinného původu ve větší či menší míře vznikají hořlavé plyny.
Přibližné složení bioplynu, konkrétní podíly složek závisí na použitých surovinách a technologii
Lidé se již dlouho pokoušeli používat tento druh přírodního paliva; středověké kroniky obsahují zmínky o tom, že obyvatelé nízko položených oblastí dnešního Německa před tisíciletími získávali bioplyn z hnijící vegetace ponořením kožených kožešin do močůvky. V temném středověku a dokonce i v osvícených staletích budili neustálou radost veřejnosti z veselých pouťových představení nejtalentovanější meteoristé, kteří díky speciálně vybrané stravě dokázali uvolnit a pohotově zažehnout hojný metlan. Průmyslové bioplynové stanice se začaly stavět s různým úspěchem v polovině 19. století. V SSSR v 80. letech minulého století byl přijat státní program rozvoje průmyslu, ale nebyl realizován, přestože bylo spuštěno tucet výrobních zařízení. V zahraničí se technologie výroby bioplynu poměrně aktivně zdokonaluje a prosazuje, celkový počet Provozních instalací jsou desítky tisíc. Ve vyspělých zemích (EHS, USA, Kanada, Austrálie) se jedná o vysoce automatizované velké komplexy, v rozvojových zemích (Čína, Indie) o polořemeslné bioplynové stanice pro domácnosti a malé farmy.
Procento počtu bioplynových stanic v Evropské unii. Je jasně vidět, že technologie se aktivně rozvíjí pouze v Německu, důvodem jsou solidní státní dotace a daňové pobídky
Jaké využití má bioplyn?
Je jasné, že se používá jako palivo, protože hoří. Vytápění průmyslových a bytových objektů, výroba elektřiny, vaření. Ne vše je však tak jednoduché, jak ukazují videa rozesetá na YouTube. Bioplyn musí v zařízeních na výrobu tepla hořet stabilně. Aby to bylo možné, musí být parametry plynového prostředí upraveny na poměrně přísné normy. Obsah metanu by měl být alespoň 65 % (optimálně 90-95 %), neměl by chybět vodík, měla by být odstraněna vodní pára, odstraněn oxid uhličitý, zbývající složky jsou inertní vůči vysokým teplotám.
Používejte bioplyn původem z „živočišného trusu“, nezbavený zapáchajících nečistot obytné budovy nemožné.
Normalizovaný tlak je 12,5 bar, pokud je hodnota menší než 8-10 bar, automat moderní modely topná zařízení a kuchyňská zařízení přestanou dodávat plyn. Je velmi důležité, aby vlastnosti plynu vstupujícího do generátoru tepla byly stabilní. Pokud tlak vyskočí za normální limity, ventil bude fungovat a budete jej muset znovu zapnout ručně. Je špatné, pokud používáte zastaralé plynové spotřebiče, které nejsou vybaveny systémem regulace plynu. V nejlepším případě může selhat hořák kotle. Nejhorší varianta- plyn zhasne, ale jeho přívod se nezastaví. A to už je plné tragédie. Shrňme, co bylo řečeno: vlastnosti bioplynu je třeba uvést na požadované parametry a přísně dodržovat bezpečnostní opatření. Zjednodušený technologický řetězec pro výrobu bioplynu. Důležitým stupněm je separace a separace plynů
Jaké suroviny se používají k výrobě bioplynu
Rostlinné a živočišné suroviny
- Rostlinné suroviny jsou vynikající pro výrobu bioplynu: z čerstvé trávy můžete získat maximální výtěžnost paliva - až 250 m3 na tunu suroviny, obsah metanu až 70%. O něco méně, až 220 m3 lze získat z kukuřičné siláže, až 180 m3 z řepných vršků. Vhodné jsou jakékoli zelené rostliny, dobré jsou řasy a seno (100 m3 na tunu), ale cenné krmivo jako palivo má smysl používat pouze v případě, že je ho zjevně přebytek. Výtěžnost metanu z dužiny vzniklé při výrobě šťáv, olejů a bionafty je nízká, ale materiál je také zdarma. Nedostatek rostlinných surovin je dlouhý výrobní cyklus, 1,5-2 měsíce. Z celulózy a dalších pomalu se rozkládajících rostlinných odpadů je možné získat bioplyn, ale účinnost je extrémně nízká, vzniká málo metanu a výrobní cyklus je velmi dlouhý. Na závěr říkáme, že rostlinné suroviny je nutné nasekat nadrobno.
- Suroviny živočišného původu: tradiční rohy a kopyta, odpady z mlékáren, jatek a zpracovatelských závodů jsou také vhodné a také v drcené formě. Nejbohatší „rudou“ jsou živočišné tuky, výtěžnost vysoce kvalitního bioplynu s koncentrací metanu až 87 % dosahuje 1500 m3 na tunu. Živočišných surovin je však nedostatek a zpravidla se pro ně nachází jiné využití.
Hořlavý plyn z exkrementů
- Hnůj je levný a mnoho farem ho má dostatek, ale výtěžnost a kvalita bioplynu je výrazně nižší než u jiných druhů. Lze použít kravské placky a koňská jablka čistá forma, fermentace začíná okamžitě, výtěžnost bioplynu je 60 m2 na tunu suroviny s nízkým obsahem metanu (až 60 %). Výrobní cyklus je krátký, 10-15 dní. Prasečí trus a slepičí trus jsou toxické – aby se mohly vyvinout prospěšné bakterie, míchá se s rostlinným odpadem a senáží. Velký problém představují detergentní směsi a povrchově aktivní látky, které se používají při čištění budov pro hospodářská zvířata. Spolu s antibiotiky, které velké množství dostávají do hnoje, inhibují bakteriální prostředí a inhibují tvorbu metanu. Je zcela nemožné nepoužívat dezinfekční prostředky a zemědělské podniky, které investovaly do výroby plynu z hnoje, jsou nuceny hledat kompromis mezi hygienou a kontrolou nemocí zvířat na jedné straně a zachováním produktivity bioreaktorů na straně druhé. ostatní.
- Vhodné jsou i lidské exkrementy, zcela zdarma. Ale používání běžných odpadních vod je nerentabilní, koncentrace fekálií je příliš nízká a koncentrace dezinfekčních a povrchově aktivních látek je vysoká. Technologové tvrdí, že je lze použít pouze v případě, že „produkty“ tečou do kanalizace pouze z toalety, za předpokladu, že mísa je spláchnuta pouze jedním litrem vody (standardně 4/8 l). A samozřejmě bez čisticích prostředků.
Další požadavky na suroviny
Vážný problém, kterému čelí farmy, které nainstalovaly moderní vybavení pro výrobu bioplynu by surovina neměla obsahovat pevné vměstky; kámen, ořech, kus drátu nebo prkna náhodně spadlé do hmoty ucpou potrubí a vyřadí z provozu drahé fekální čerpadlo nebo mixér. Je třeba říci, že uvedené údaje o maximální výtěžnosti plynu ze suroviny odpovídají ideálu laboratorní podmínky. Abychom se přiblížili těmto číslům v reálné výrobě, musí být splněna řada podmínek: udržovat požadovanou teplotu, pravidelně míchat jemně mleté suroviny, přidávat přísady, které aktivují fermentaci atd. V provizorní instalaci sestavené podle doporučení článků o „výrobě bioplynu vlastníma rukama“ je sotva možné dosáhnout 20% maximální úrovně, zatímco high-tech instalace umožňují dosáhnout hodnot 60- 95 %.
Zcela objektivní údaje o maximální výtěžnosti bioplynu pro různé druhy surovin
Návrh bioplynové stanice
Je ziskové vyrábět bioplyn?
Již jsme zmínili, že ve vyspělých zemích se staví velká průmyslová zařízení, zatímco v rozvojových zemích staví především malá pro malé farmy. Pojďme si vysvětlit, proč tomu tak je:
Má smysl vyrábět biopaliva doma?
Je výhodné vyrábět biopalivo doma v malých množstvích na soukromém pozemku? Pokud máte několik kovových sudů a jiného železného harampádí, stejně jako spoustu volného času a nevíte, jak s ním hospodařit - ano. Ale úspory jsou, bohužel, mizivé. A investice do high-tech zařízení s malými objemy surovin a produkcí metanu nedává smysl za žádných okolností.
Další video od domácího Kulibina
PŘIHLASTE SE K ODBĚRU NAŠEHO kanálu YouTube Ekonet.ru, který vám umožňuje sledovat online a stahovat bezplatná videa z YouTube o lidském zdraví a omlazení.
Dejte LIKE a sdílejte se svými PŘÁTELI!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Bez smíchání surovin a aktivace fermentačního procesu nebude výtěžek metanu větší než 20 % možného. To znamená, že v nejlepším případě při 100 kg (naložení násypky) vybrané trávy získáte 5 m3 plynu bez zohlednění komprese. A bude dobré, když obsah metanu přesáhne 50% a není fakt, že bude hořet v generátoru tepla. Podle autora se suroviny nakládají denně, to znamená, že jeho výrobní cyklus je jeden den. Ve skutečnosti je požadovaná doba 60 dní. Množství bioplynu získané vynálezcem, obsažené v 50litrové láhvi, kterou se mu podařilo naplnit, v mrazivém počasí pro topný kotel o výkonu 15 kW (bytový dům cca 150 m2) vystačí na 2 minuty .
Zájemcům o možnost výroby bioplynu doporučujeme pečlivě prostudovat problematiku zejména z finančního hlediska a s technickými dotazy se obrátit na specialisty se zkušenostmi s takovou prací. Bude to velmi cenné praktické informace, získané v těch farmách, kde se bioenergetické technologie již nějakou dobu používají. zveřejněno