Reacții chimice în producția de biogaz. Biogaz - ce este?
instalatii noi. Alemanii, care locuiau în zonele umede din bazinul Elbei, și-au imaginat Dragoni în lemn de plutire în mlaștină. Ei credeau că gazul inflamabil care se acumulează în gropile din mlaștini era respirația urât mirositoare a Dragonului. Pentru a-l potoli pe Dragon, sacrificiile și resturile de mâncare au fost aruncate în mlaștină. Oamenii credeau că Dragonul vine noaptea și respirația lui rămâne în gropi. Alemanii au venit cu ideea de a coase copertine din piele, acoperind mlaștina cu ele, deturnând gazul prin țevi de piele către locuința lor și ardându-l pentru gătit. Acest lucru este de înțeles, deoarece lemnul uscat de foc era greu de găsit, iar gazul de mlaștină (biogazul) a rezolvat perfect problema omenirea a învățat să folosească biogazul cu mult timp în urmă. În China, istoria sa datează de 5 mii de ani, în India – 2 mii de ani.
Natură proces biologic descompunere materie organică odată cu formarea metanului nu sa schimbat în ultimele milenii. Dar stiinta modernași tehnologia au creat echipamente și sisteme pentru a face aceste tehnologii „vechi” rentabile și cu o gamă largă de aplicații.
Biogaz- gaz produs prin fermentarea metanică a biomasei. Sub influență are loc descompunerea biomasei trei tipuri bacterii.
Uzina de biogaz– instalație pentru producerea de biogaz și alte produse secundare valoroase prin prelucrarea deșeurilor agricole, industria alimentară, economie urbană.
Obținerea biogazului din deșeuri organice are următoarele caracteristici pozitive:
- se efectuează igienizarea apa reziduala(în special animale și municipale), conținutul de substanțe organice este redus de până la 10 ori;
- prelucrarea anaerobă a deșeurilor animale, a deșeurilor de culturi și a nămolului activ face posibilă obținerea de îngrășăminte minerale gata de utilizare cu un conținut ridicat de componente de azot și fosfor (spre deosebire de moduri traditionale prepararea îngrășămintelor organice folosind metode de compostare, timp în care se pierde până la 30-40% din azot);
- la fermentarea metanului, există o eficiență ridicată (80-90%) de transformare a energiei substanțelor organice în biogaz;
- Biogazul poate fi utilizat cu eficiență ridicată pentru producerea termică și energie electrica, și, de asemenea, ca combustibil pentru motoare ardere internă;
- instalațiile de biogaz pot fi amplasate în orice regiune a țării și nu necesită construcția de conducte de gaz costisitoare și infrastructură complexă;
- centralele de biogaz pot înlocui parțial sau complet casele de cazane regionale învechite și pot furniza energie electrică și căldură satelor, orașelor și orașelor mici din apropiere.
Beneficii primite de proprietarul unei centrale de biogaz
Direct
- producerea de biogaz (metan).
- producerea de energie electrică și căldură
- producerea de îngrășăminte ecologice
Indirect
- independenta fata de rețele centralizate, tarifele monopolurilor naturale, autosuficiența completă a energiei electrice și termice
- solutia tuturor probleme de mediuîntreprinderilor
- reducerea semnificativă a costurilor de înmormântare, îndepărtare și eliminare a deșeurilor
- oportunitate producție proprie combustibil pentru motor
- reducerea costurilor cu personalul
Producția de biogaz ajută la prevenirea emisiilor de metan în atmosferă. Metanul are un efect de seră de 21 de ori mai mare decât CO2 și rămâne în atmosferă timp de 12 ani. Captarea metanului este cea mai bună prevenire pe termen scurt încălzire globală.
Gunoiul de grajd prelucrat, deșeurile și alte deșeuri sunt folosite ca îngrășământ agricultură. Acest lucru reduce utilizarea îngrășămintelor chimice și reduce încărcarea apelor subterane.
Biogazul este folosit ca combustibil pentru producerea de energie electrică, căldură sau abur, sau ca combustibil pentru vehicule.
Instalațiile de biogaz pot fi instalate ca statii de tratare a apelor uzate la ferme, ferme avicole, distilerii, fabrici de zahăr, fabrici de prelucrare a cărnii. O instalație de biogaz poate înlocui o instalație veterinară și sanitară, adică trupul de cărămidă poate fi reciclat în biogaz în loc să producă făină de carne și oase.
Printre ţările industrializate loc de frunteÎn ceea ce privește indicatorii relativi, Danemarca aparține producției și utilizării biogazului - biogazul ocupă până la 18% din bilanțul energetic total. În termeni absoluti, Germania ocupă locul fruntaș în numărul de instalații medii și mari - 8.000 de mii de unități. ÎN Europa de Vest cel puțin jumătate din toate fermele de păsări sunt încălzite cu biogaz.
În India, Vietnam, Nepal și alte țări se construiesc centrale de biogaz mici (unifamiliale). Gazul produs în ele este folosit pentru gătit.
Cel mai mare număr de instalații mici de biogaz se află în China - mai mult de 10 milioane (la sfârșitul anilor 1990). Ei produc aproximativ 7 miliarde m³ de biogaz pe an, care furnizează combustibil pentru aproximativ 60 de milioane de fermieri. La sfârșitul anului 2006, în China funcționau deja aproximativ 18 milioane de instalații de biogaz. Utilizarea lor face posibilă înlocuirea a 10,9 milioane de tone echivalent combustibil.
Volvo și Scania produc autobuze cu motoare cu biogaz. Astfel de autobuze sunt utilizate în mod activ în orașele Elveției: Berna, Basel, Geneva, Lucerna și Lausanne. Conform previziunilor Asociației Elvețiene a Industriei Gazelor, până în 2010 10% din vehiculele elvețiene vor funcționa cu biogaz.
La începutul anului 2009, municipalitatea Oslo a schimbat 80 de autobuze urbane la biogaz. Costul biogazului este de 0,4 EUR - 0,5 EUR pe litru echivalent benzină. După finalizarea cu succes a testelor, 400 de autobuze vor fi transformate la biogaz.
Potenţial
Rusia acumulează anual până la 300 de milioane de tone de deșeuri organice echivalente uscate: 250 de milioane de tone în producția agricolă, 50 de milioane de tone sub formă de gunoiul menajer. Aceste deșeuri pot fi folosite ca materii prime pentru producția de biogaz. Volumul potențial de biogaz produs anual ar putea fi de 90 miliarde m³.
Există aproximativ 8,5 milioane de vaci crescute în Statele Unite. Biogazul produs din gunoiul lor va fi suficient pentru a alimenta 1 milion de mașini.
Potențialul industriei germane de biogaz este estimat la 100 de miliarde de kWh de energie până în 2030, ceea ce va reprezenta aproximativ 10% din consumul de energie al țării.
Începând cu 1 februarie 2009, în Ucraina sunt în funcțiune și în faza de punere în funcțiune 8 unități complexe agroindustriale pentru producerea de biogaz. Alte 15 proiecte de instalații de biogaz sunt în stadiu de dezvoltare. În special, în 2009-2010. este planificată introducerea producției de biogaz la 10 distilerii, ceea ce va permite întreprinderilor să reducă consumul gaz natural cu 40%.
Pe baza materialelor
În fiecare zi, cantitatea de energie electrică consumată crește constant. Crește și ratele de consum, dar mai devreme sau mai târziu materiile prime pentru generarea energiei electrice se vor epuiza. Biogazul poate fi o alternativă bună la diverse materii prime pentru energie electrică.
Ce este biogazul?
Biogazul este o sursă alternativă, netradițională de energie. Acest tip de producție de energie era cunoscut în vremuri China antică, însă după multi ani a fost uitat cu siguranță. Și așa cum se spune: „Totul ce nou este bine uitat vechi.”
Biogazul este un produs obținut ca urmare a fermentației anaerobe a substanțelor organice. Întregul proces are loc fără participarea aerului.
Un exemplu de biogaz este gazul care este eliberat atunci când gunoiul de grajd sau alte deșeuri menajere sunt fermentate. Un astfel de gaz poate servi ca sursă de energie în agricultură.
Cum se produce biogazul?
Producția de biogaz este o metodă de procesare a diferitelor deșeuri organice și animale pentru a produce biocombustibil și îngrășăminte organice. Acest tip de producție de energie este o soluție la multe probleme: ecologie, capital și agrochimie. Reacția biochimică se bazează pe procesele de putrezire a gunoiului de grajd și a gunoiului în condiții anaerobe. Acesta folosește un grup de microbi anaerobi care ajută la transformarea fosforului, potasiului și azotului în forme pure. Astfel de forme de fosfor, potasiu și azot sunt mult mai bine absorbite de plante și, de asemenea, distrug complet dăunătorii. Desigur, pentru a fertiliza pământul, este mai bine să folosiți deșeurile din producția de biogaz. În acest fel, nu utilizați nitrați sau nitriți.
Așa arată procesul de producție de biogaz
Containerul în care este produs biogazul se numește digestor sau reactor.. Dacă respectați regulile de producție, randamentul de biogaz este de aproximativ doi până la trei m3 pe m3 de deșeuri organice.
Factori care influențează procesul de fermentație:
- nivelul pH-ului;
- temperatură;
- raportul dintre carbon, azot și fosfor;
- suprafața particulelor de materie primă;
- umiditatea mediului ambiant;
- frecvența de alimentare cu substrat;
- retardanți;
- suplimente stimulatoare.
Caracteristicile biogazului
Biogazul este un amestec de dioxid de carbon și metan. Este un produs al fermentației metanului a materiei organice animale și origine vegetală. Fermentarea metanului este rezultatul acțiune naturală bacterii anaerobe. Acest proces are loc la temperaturi de la 15 la 60 de grade în trei intervale:
- 15-30 grade - psihrofil;
- 30-45 grade - mezofil;
- 45-60 de grade - termofil.
Descompunerea materiei organice constă în trei etape:
- dizolvarea și hidroliza compușilor organici;
- acidogeneza;
- metanogeneza.
Umiditatea aerului ar trebui să fie de la 10 la 98%, optim - 91-92%. Conținutul de metan din biogaz depinde de compozitia chimica materii prime și poate fi de 55-90%.
Cum se curăță biogazul de impurități?
Purificarea biogazului într-o singură etapă, sau regenerativă, implică eliminarea impurităților până când biogazul capătă starea de biometan. După o astfel de purificare, biometanul poate servi cu ușurință drept combustibil pentru un motor de mașină sau poate fi utilizat în sistemul de alimentare cu gaz.
Principiul de funcționare această metodă este după cum urmează:
- biogazul este comprimat la o presiune de 9-11 bar;
- un astfel de gaz este furnizat în coloana de purificare și sub presiune apa rece curățat;
Astfel, dioxid de carbon iar impuritățile de hidrogen sulfurat sunt îndepărtate datorită solubilității lor bune în apă. Principalul avantaj al unei astfel de purificări este costurile scăzute, deoarece componenta principală a epurării biogazului este apa.
Cum se reduce conținutul de umiditate din biogaz?
Reducerea proporției de umiditate din biogaz se poate face numai mecanic, folosind echipamente specializate. Cea mai simplă metodă de îndepărtare a umezelii este schimbarea temperaturii. Sub influenta temperatura rece umiditatea se condensează în abur. După această procedură, conținutul de umiditate din gaz va fi redus de 3-5 ori. Biogazul este trecut într-o conductă subterană, unde apa coboară. Temperatura crește apoi, dând gazului posibilitatea de a crește și de a se încălzi.
Unde se folosește biogazul?
- După cum sa menționat deja, biogazul este o materie primă pentru producerea de energie electrică și combustibil pentru automobile.
- În întreprinderi, utilizarea biogazului va ajuta la economisirea unei cantități uriașe. Și toate acestea pentru că nu va trebui să construiți o conductă de gaz, linii electrice sau containere pentru deșeuri. Această instalație vă va ajuta să economisiți aproximativ 30-40% din costul întregului sistem de biogaz.
- Stațiile de biogaz pot fi folosite ca stații de tratare a apelor uzate. Instalând o instalație de biogaz într-o fermă, fabrică sau complex industrial, nu numai că veți putea scăpa pentru totdeauna de deșeuri, ci veți putea primi și materii prime pentru energie electrică și combustibil.
Cum să instalați o instalație de biogaz cu propriile mâini?
Procesul de producere a biogazului la domiciliu necesită o forță de muncă destul de mare. Deci gândește-te dacă te descurci această sarcină. Această instalație de producere a biogazului vă va ajuta să economisiți bani pe combustibil și energie electrică..
Pentru a produce biogaz este nevoie de o instalație specială, care poate fi făcută din lucruri vechi și care nu mai sunt necesare. Din fierbere vechi și tigăi metalice puteți crea un reactor pentru o viitoare instalație. Forma optimă este un cilindru.
Principalele cerințe pentru viitorul reactor:
- apă și impermeabilitate. Amestecarea aerului și a gazului în timpul fermentației este pur și simplu periculos. Reactorul dumneavoastră ar putea să crape sau, în cel mai rău caz, să explodeze. Prin urmare, pentru o mai mare siguranță, trebuie să instalați o garnitură etanșă între capac și corp;
- izolare termică suficientă;
- fii de incredere. În timpul reacțiilor care produc biogaz se eliberează cantități mari de gaz. Presiunea poate face ravagii cu reactorul dvs. și poate chiar să explodeze.
Pentru a obține biogaz veți avea nevoie de:
- amestecați 2 tone de gunoi de grajd și 4 tone de humus;
- adăugați apă la amestec;
- Puneți amestecul în groapă și folosiți unități de încălzire pentru a-l încălzi la 45°C. Apoi amestecul va începe să fermenteze și, fără acces la aer, se va încălzi până la 80°C;
Pentru a preveni explozia presiunii gazului în reactor, se recomandă atașarea unei contragreutate folosind cabluri. Șase tone de amestec sunt suficiente pentru ca instalația să funcționeze timp de șase luni.
Dacă vorbim într-un limbaj simplu, în groapă este instalat un rezervor etanș, care servește drept reactor. Deșeurile organice sunt depozitate în el. Intr-o astfel de instalatie este obligatorie o priza de gaz.
Acum trebuie doar să așteptați ca microorganismele să-și facă treaba și să fermenteze masa. După aceasta veți putea obține biogaz. Iar deșeurile din producția de biogaz pot deveni un îngrășământ excelent.
După ce microorganismele au fermentat această masă, aceasta trebuie descărcată. Acest lucru trebuie făcut printr-un orificiu special. Masa fermentată trebuie plasată temporar într-un recipient, care nu trebuie să fie mai mic ca volum decât reactorul.
Pentru autoproducție Când instalați o instalație de biogaz, se recomandă să respectați următoarea secvență:
- alegeți un loc pentru a instala viitorul reactor și, de asemenea, calculați cantitatea zilnică de deșeuri pentru a determina volumul reactorului;
- instalați conductele de încărcare și descărcare și pregătiți o groapă pentru instalația de biogaz;
- instalați un buncăr de încărcare și o conductă de evacuare a gazului;
- instalați un capac de trapă care va fi folosit pentru întreținerea și repararea reactorului.
- verificați reactorul pentru scurgeri și izolație termică.
Cel mai bine este să faceți pereții reactorului din beton, astfel încât să fie mai etanși și mai fiabili. Masa pe care o încărcați în instalația de biogaz nu trebuie să conțină antibiotice sau solvenți. Ele afectează negativ funcționarea microorganismelor.
Când creați o astfel de instalare, rețineți măsurile de siguranță. Nu este nevoie să-l plasați în apropierea casei sau a sediului dvs. de afaceri.
Biogaz- gaz produs prin fermentarea metanică a biomasei. Descompunerea biomasei are loc sub influența a trei tipuri de bacterii.
În lanțul trofic, bacteriile ulterioare se hrănesc cu deșeurile celor precedente.
Primul tip este bacteriile hidrolitice, al doilea formează acid, al treilea formează metan.
Nu numai bacteriile din clasa metanogenului, ci toate cele trei specii sunt implicate în producerea de biogaz. În timpul procesului de fermentație, biogazul este produs din deșeuri biologice. Acest gaz poate fi folosit ca gazul natural obișnuit - pentru încălzire și generare de energie electrică. Poate fi comprimat, folosit pentru a alimenta o mașină, acumulat, pompat. În esență, în calitate de proprietar și proprietar de drept, îl obțineți pe al dvs puț de gazși veniturile din acesta. Încă nu este nevoie să vă înregistrați propria instalație oriunde.
Compoziția și calitatea biogazului
50-87% metan, 13-50% CO2, impurități minore de H2 și H2S. După curățarea biogazului de CO2 se obține biometan; Acesta este un analog complet al gazelor naturale, singura diferență este în origine.
Deoarece numai metanul furnizează energie din biogaz, este recomandabil să descrieți calitatea gazului, randamentul gazului și cantitatea de gaz pentru a referi totul la metan, cu indicatorii săi standardizați.
Volumul gazelor depinde de temperatură și presiune. Temperaturi ridicate duce la întinderea gazelor și la un nivel de calorii care scade odată cu volumul și invers. Pe măsură ce umiditatea crește, și conținutul caloric al gazului scade. Pentru ca ieșirile de gaz să fie comparate între ele, este necesară corelarea acestora cu starea normală (temperatura 0 C, presiunea atmosferică 1 bar, umiditatea relativa gaz 0%). În general, datele de producție de gaze sunt exprimate în litri (l) sau metri cubi de metan per kilogram de substanță organică uscată (oDM); acest lucru este mult mai precis și mai elocvent decât datele în metri cubi de biogaz în metri cubi de substrat proaspăt.
Materii prime pentru producerea de biogaz
Lista deșeurilor organice adecvate pentru producerea de biogaz: gunoi de grajd, excremente de păsări, deșeuri de distilerie de cereale și cretă, cereale uzate, pulpă de sfeclă, nămol de fecale, deșeuri de la pește și abatoare (sânge, grăsime, intestine, trestie), iarbă, gunoiul menajer, deșeuri din lactate - zer sărat și dulce, deșeuri din producția de biomotorină - glicerină tehnică din producția de biomotorină din rapiță, deșeuri din producția de suc - fructe, fructe de pădure, pulpă de legume, tescovină de struguri, alge, deșeuri din producția de amidon și melasă - pulpă și sirop, deșeuri de la prelucrarea cartofilor, producția de așchii - coji, coji, tuberculi putrezi, pulpă de cafea.
Calculul biogazului util la o fermă
Randamentul biogazului depinde de conținutul de substanță uscată și de tipul de materie primă utilizată. Dintr-o tonă de gunoi mare bovine Se obțin 50-65 m3 de biogaz cu un conținut de metan de 60%, 150-500 m3 de biogaz din diverse tipuri de instalații cu un conținut de metan de până la 70%. Cantitate maxima biogaz - 1300 m3 cu un conținut de metan de până la 87% - poate fi obținut din grăsime.
Se face o distincție între producția de gaz teoretică (posibilă din punct de vedere fizic) și cea fezabilă din punct de vedere tehnic. În anii 1950-1970, randamentul de gaz posibil din punct de vedere tehnic era de doar 20-30% din cel teoretic. Astăzi, utilizarea enzimelor, amplificatoarelor pentru degradarea artificială a materiilor prime (cavitatoare cu ultrasunete sau lichide) și a altor dispozitive face posibilă creșterea randamentului de biogaz într-o instalație convențională de la 60% la 95%.
În calculele biogazului se utilizează conceptul de materie uscată (DM sau TS engleză) sau reziduu uscat (CO). Apa conținută în biomasă în sine nu produce gaze.
În practică, din 1 kg de substanță uscată se obțin 300 până la 500 de litri de biogaz.
Pentru a calcula randamentul de biogaz dintr-o materie primă specifică, este necesar să se efectueze teste de laborator sau să se analizeze datele de referință și apoi să se determine conținutul de grăsimi, proteine și carbohidrați. La determinarea acestora din urmă, este important să se afle procentul de substanțe rapid degradabile (fructoză, zahăr, zaharoză, amidon) și greu de descompus (celuloză, hemiceluloză, lignină).
După ce ați determinat conținutul de substanțe, puteți calcula separat randamentul de gaz pentru fiecare substanță și apoi îl puteți adăuga. Când biogazul a fost asociat cu gunoi de grajd (în zonele rurale această situație continuă și astăzi - am întrebat în centrul regional taiga, Verkhovazhye Regiunea Vologda), a folosit conceptul de „unitate animală”. Astăzi, când au învățat să producă biogaz din materii prime organice arbitrare, acest concept s-a îndepărtat și a încetat să fie folosit.
Dar, pe lângă deșeuri, biogazul poate fi produs din culturi energetice special cultivate, de exemplu din porumb sau silfiu de siloz, precum și din alge. Producția de gaz poate ajunge până la 500 m3 de la 1 tonă.
Gazul de depozit este unul dintre tipurile de biogaz. Se obține în gropile de gunoi din deșeurile menajere municipale.
Aspectul de mediu în utilizarea biogazului
Producția de biogaz ajută la prevenirea emisiilor de metan în atmosferă. Metanul are un efect de seră de 21 de ori mai puternic decât amestecul de CO2 și rămâne în atmosferă până la 12 ani. Captarea și limitarea răspândirii metanului este cea mai bună modalitate pe termen scurt de a preveni încălzirea globală. Aici, la intersecția cercetării, se dezvăluie un alt domeniu al științei care a primit puține cercetări până acum.
Gunoiul de grajd prelucrat, deșeurile și alte deșeuri sunt folosite ca îngrășământ în agricultură. Acest lucru reduce utilizarea îngrășămintelor chimice și reduce încărcarea apelor subterane.
Producția de biogaz
Există instalații industriale și artizanale.
Instalațiile industriale diferă de cele artizanale prin prezența mecanizării, sistemelor de încălzire, omogenizării și automatizării. Cel mai frecvent metoda industriala- digestia anaerobă în digestoare.
O instalație de biogaz de încredere trebuie să aibă componentele necesare:
Rezervor de omogenizare;
încărcător de materii prime solide (lichid);
reactorul în sine;
agitatoare;
suport de gaz;
sistem de amestecare apă și încălzire;
sistem de gaz;
statie de pompare;
separator;
dispozitive de control;
sistem de securitate.
Caracteristicile unei instalații de producere a biogazului
Într-o instalație industrială, deșeurile (materiile prime) sunt introduse periodic în reactor folosind o stație de pompare sau un încărcător. Reactorul este un rezervor din beton armat încălzit și izolat, echipat cu mixere.
Bacteriile benefice „trăiesc” în reactor și se hrănesc cu deșeuri. Produsul rezidual al bacteriilor este biogazul. Pentru a menține viața bacteriilor, este necesar să furnizați furaje - deșeuri, încălzire la 35 ° C și amestecare periodică. Biogazul rezultat se acumulează într-o instalație de stocare (suport de gaz), apoi trece printr-un sistem de epurare și este furnizat consumatorilor (cazan sau generator electric). Reactorul funcționează fără acces la aer, este practic etanșat și nepericulos.
Pentru a fermenta unele tipuri de materii prime în forma lor pură, este necesară o tehnologie specială în două etape.
De exemplu, excrementele de păsări și resturile de alcool nu sunt procesate în biogaz într-un reactor convențional. Pentru a procesa astfel de materii prime, este necesar un reactor de hidroliză suplimentar. Vă permite să controlați nivelul de aciditate, astfel încât bacteriile să nu mor din cauza creșterii conținutului de acizi sau alcaline.
Factori importanți care influențează procesul de fermentație:
Temperatură;
umiditatea mediului ambiant;
nivelul pH-ului;
raport C:N:P;
suprafața particulelor de materie primă;
frecvența de alimentare cu substrat;
substanțe care încetinesc reacția;
suplimente stimulatoare.
Aplicarea biogazului
Biogazul este folosit ca combustibil pentru a produce energie electrică, căldură sau abur sau ca combustibil pentru vehicule. Instalațiile de biogaz pot fi folosite ca instalații de tratare în ferme, ferme de păsări, distilerii, fabrici de zahăr, fabrici de prelucrare a cărnii și, ca caz special, pot înlocui chiar și o instalație veterinară și sanitară, în care trupurile pot fi reciclate în biogaz în loc să producă carne și făină de oase.
Problema producției de metan este de interes pentru acei proprietari de ferme private care cresc păsări de curte sau porci și, de asemenea, păstrează vite. De regulă, astfel de ferme produc o cantitate semnificativă de deșeuri animale organice, care pot aduce beneficii considerabile devenind o sursă de combustibil ieftin. Ţintă a acestui material– spuneți-ne cum să producem biogaz acasă folosind aceleași deșeuri.
Informații generale despre biogaz
Obținut din diverse gunoi de grajd și excremente de păsări biogaz la domiciliu de cele mai multe ori constă din metan. Acolo este de la 50 la 80%, în funcție de ale cui deșeuri au fost folosite pentru producție. Același metan care arde în sobele și cazane noastre și pentru care plătim uneori mulți bani în funcție de citirile contorului.
Pentru a face o idee despre cantitatea de combustibil care poate fi produsă teoretic atunci când ținem animalele acasă sau în țară, prezentăm un tabel cu date despre randamentul de biogaz și conținutul de metan pur din acesta:
După cum se poate înțelege din tabel, pt producție eficientă gazul din bălegarul de vacă și deșeurile de siloz va necesita o cantitate destul de mare de materie primă. Este mai profitabil să extragi combustibil din gunoi de grajd de porc și excremente de curcan.
Cota rămasă de substanțe (25-45%) care alcătuiesc biogazul casnic este dioxidul de carbon (până la 43%) și hidrogenul sulfurat (1%). Combustibilul mai conține azot, amoniac și oxigen, dar în cantități mici. Apropo, datorită eliberării de hidrogen sulfurat și amoniac, grămada de gunoi de grajd emite un miros „plăcut” atât de familiar. În ceea ce privește conținutul de energie, 1 m3 de metan poate elibera, teoretic, până la 25 MJ (6,95 kW) de energie termică atunci când este ars. Căldura specifică Arderea biogazului depinde de proporția de metan din compoziția sa.
Pentru referință.În practică, s-a verificat că pentru a încălzi o casă izolată situată în banda de mijloc, este necesar aproximativ 45 m3 de combustibil biologic pe 1 m2 de suprafață pe sezon de încălzire.
Natura îl aranjează în așa fel încât biogazul din gunoi de grajd să se formeze spontan și indiferent dacă vrem sau nu să-l primim. O grămadă de gunoi de grajd putrezește într-un an până la un an și jumătate, pur și simplu fiind în aer liber și chiar sub temperatura negativă. În tot acest timp eliberează biogaz, dar numai în cantitati mici, deoarece procesul este prelungit în timp. Cauza sunt sute de tipuri de microorganisme găsite în excrementele animalelor. Adică, nu este nevoie de nimic pentru a începe evoluția gazului, aceasta se va întâmpla de la sine. Dar pentru a optimiza procesul și a-l accelera, vor fi necesare echipamente speciale, despre care se va discuta în continuare.
Tehnologia biogazului
Esența producției eficiente este accelerarea proces natural descompunerea materialelor organice. Pentru a face acest lucru, bacteriile din el trebuie să creeze cele mai bune conditii pentru reproducerea și reciclarea deșeurilor. Și prima condiție este să plasați materia primă într-un recipient închis - un reactor, în caz contrar - un generator de biogaz. Deșeurile sunt zdrobite și amestecate într-un reactor cu o cantitate calculată de apă curată până la obținerea substratului inițial.
Nota. Apă curată necesar pentru a se asigura că substanțele care afectează negativ viața bacteriilor nu pătrund în substrat. Ca urmare, procesul de fermentare poate încetini foarte mult.
O instalație industrială de producere a biogazului este dotată cu încălzire prin substrat, mijloace de amestecare și control al acidității mediului. Agitarea se efectuează pentru a îndepărta crusta tare de la suprafață, care apare în timpul fermentației și interferează cu eliberarea de biogaz. Durata procesului tehnologic este de cel puțin 15 zile, timp în care gradul de descompunere ajunge la 25%. Se crede că randamentul maxim de combustibil are loc până la 33% din descompunerea biomasei.
Tehnologia prevede reînnoirea zilnică a substratului, ceea ce asigură producția intensivă de gaz din gunoi de grajd în instalațiile industriale se ridică la sute de metri cubi pe zi. O parte din masa deșeurilor, în valoare de aproximativ 5% din volumul total, este îndepărtată din reactor, iar în locul său este încărcată aceeași cantitate de materii prime biologice proaspete. Materialul rezidual este folosit ca îngrășământ organic câmpuri.
Diagrama instalației de biogaz
Producând biogaz acasă, este imposibil să se creeze un astfel de gaz conditii favorabile pentru microorganisme, ca în producție industrială. Și, în primul rând, această declarație se referă la organizarea încălzirii generatorului. După cum se știe, acest lucru necesită cheltuieli de energie, ceea ce duce la o creștere semnificativă a costului combustibilului. Este foarte posibil să se controleze respectarea mediului ușor alcalin inerent procesului de fermentație. Dar cum poate fi corectat în caz de abateri? Costă din nou.
Proprietarii de ferme private care doresc să producă biogaz cu propriile mâini li se recomandă să realizeze un reactor cu un design simplu din materialele disponibile și apoi să-l modernizeze în funcție de capacitățile lor. Ce să fac:
- recipient închis ermetic cu un volum de cel puțin 1 m3. Sunt potrivite și diverse rezervoare și butoaie mici, dar puțin combustibil va fi eliberat din ele din cauza cantității insuficiente de materii prime. Astfel de volume de producție nu vă vor potrivi;
- Când organizați producția de biogaz acasă, este puțin probabil să încălziți recipientul, dar cu siguranță trebuie să îl izolați. O altă variantă este îngroparea reactorului în pământ, izolând termic partea superioară;
- instalați un agitator manual de orice design în reactor, extinzând mânerul prin capacul superior. Ansamblul de trecere a mânerului trebuie etanșat;
- asigurați conducte pentru alimentarea și descărcarea substratului, precum și pentru colectarea biogazului.
Mai jos este o diagramă a unei instalații de biogaz situată sub nivelul solului:
1 – generator de combustibil (recipient din metal, plastic sau beton); 2 — buncăr pentru umplerea substratului; 3 – trapă tehnică; 4 – vas care acționează ca sigiliu de apă; 5 – ieșire pentru descărcarea deșeurilor deșeurilor; 6 – conductă de prelevare a biogazului.
Cum să obțineți biogaz acasă?
Prima operație este măcinarea deșeurilor până la o fracțiune a cărei dimensiune nu depășește 10 mm. Acest lucru face mult mai ușoară pregătirea substratului și va fi mai ușor pentru bacterii să prelucreze materiile prime. Masa rezultată este bine amestecată cu apă, cantitatea acesteia este de aproximativ 0,7 litri la 1 kg de materie organică. După cum sa menționat mai sus, trebuie folosită numai apă curată. Apoi, o instalație de biogaz auto-fabricată este umplută cu substrat, după care reactorul este sigilat ermetic.
De mai multe ori pe parcursul zilei trebuie să vizitați recipientul pentru a amesteca conținutul. În a 5-a zi, puteți verifica prezența gazului și, dacă apare, pompați-l periodic cu un compresor într-un cilindru. Dacă acest lucru nu se face la timp, presiunea din interiorul reactorului va crește și fermentația se va încetini sau chiar se va opri cu totul. După 15 zile, este necesar să descărcați o parte din substrat și să adăugați aceeași cantitate de unul nou. Puteți afla mai multe urmărind videoclipul:
Concluzie
Este probabil ca cea mai simplă instalare pentru a produce biogaz nu vă va asigura toate nevoile. Dar, având în vedere costul actual al resurselor energetice, acest lucru va fi deja de un ajutor considerabil în gospodărie, deoarece nu trebuie să plătiți pentru materiile prime. De-a lungul timpului, fiind implicat îndeaproape în producție, vei putea să înțelegi toate caracteristicile și să faci îmbunătățirile necesare instalării.
Ecologia consumului: Este rentabil să produci biocombustibil acasă în cantități mici parcela subsidiară? Dacă aveți mai multe butoaie metalice și alte resturi de fier, precum și mult timp liber și nu știți cum să le gestionați - da.
Să presupunem că nu există gaze naturale în satul tău și nu va exista niciodată. Și chiar dacă există, costă bani. Deși este cu un ordin de mărime mai ieftin decât încălzirea risipitoare cu energie electrică și combustibil lichid. Cel mai apropiat atelier de producție de peleți se află la câteva sute de kilometri distanță, iar transportul este costisitor. Devine din ce în ce mai dificil să cumpărați lemn de foc în fiecare an și este, de asemenea, supărător să ardeți cu el. Pe acest fundal, ideea de a obține biogaz gratuit în propria curte din buruieni, excremente de pui, gunoi de grajd de la porcul tău preferat sau conținutul anexei proprietarului pare foarte tentantă. Tot ce trebuie să faci este să faci un bioreactor! La televizor se vorbește despre cum fermierii germani cumpătați se țin de cald cu resurse de „balegar” și acum nu au nevoie de niciun „Gazprom”. Aici este adevărată zicala „elimină filmul din fecale”. Internetul este plin de articole și videoclipuri pe tema „biogaz din biomasă” și „instalație de biogaz de tip „do-it-yourself”. Dar oh aplicare practică Nu știm prea multe despre tehnologie: toată lumea vorbește despre producția de biogaz acasă, dar puțini oameni au văzut exemple concrete în sat, la fel ca legendarul Yo-Mobile de pe drum. Să încercăm să ne dăm seama de ce este așa și care sunt perspectivele pentru tehnologiile bioenergetice progresive în zonele rurale.
Ce este biogazul + puțină istorie
Biogazul se formează ca urmare a descompunerii secvențiale în trei etape (hidroliza, formarea de acid și metan) a biomasei diverse tipuri bacterii. Componenta combustibilă utilă este metanul și poate fi prezent și hidrogenul.
Procesul de descompunere bacteriană care produce metan inflamabil
Într-o măsură mai mare sau mai mică, în timpul descompunerii oricăror resturi de origine animală și vegetală se formează gaze inflamabile.
Compoziția aproximativă a biogazului, proporțiile specifice ale componentelor depind de materiile prime și tehnologia utilizată
Oamenii încearcă de mult să folosească acest tip de combustibil natural. Cronicile medievale conțin referiri la faptul că locuitorii regiunilor joase din ceea ce este acum Germania cu un mileniu în urmă au primit biogaz din vegetația putrezită prin scufundarea blănurilor de piele în nămol de mlaștină. În Evul Mediu întunecat și chiar în secolele iluminate, cei mai talentați meteoriști, care, grație unei diete special alese, au putut să elibereze și să aprindă în timp abundența de flaturi de metan, au stârnit încântarea constantă a publicului la spectacole vesele de târg. Instalațiile industriale de biogaz au început să fie construite cu diferite grade de succes la mijlocul secolului al XIX-lea. În URSS, în anii 80 ai secolului trecut, a fost adoptat un program de stat pentru dezvoltarea industriei, dar nu a fost implementat, deși au fost lansate o duzină de unități de producție. În străinătate, tehnologia de producere a biogazului este îmbunătățită și promovată relativ activ, numărul total Există zeci de mii de instalații în funcțiune. ÎN ţările dezvoltate(CEE, SUA, Canada, Australia) acestea sunt foarte automatizate complexe mari, în curs de dezvoltare (China, India) - centrale de biogaz semi-artizanale pentru casă și ferme mici.
Procentul din numărul de centrale de biogaz din Uniunea Europeană. Este clar că tehnologia se dezvoltă activ doar în Germania, motivul fiind subvențiile guvernamentale solide și stimulentele fiscale
Ce utilizări are biogazul?
Este clar că este folosit drept combustibil, deoarece arde. Incalzire cladiri industriale si rezidentiale, producere de energie electrica, gatit. Cu toate acestea, nu totul este atât de simplu pe cât se arată în videoclipurile împrăștiate pe YouTube. Biogazul trebuie să ardă stabil în instalațiile generatoare de căldură. În acest scop parametrii săi mediu gazos trebuie aduse la standarde destul de stricte. Conținutul de metan trebuie să fie de cel puțin 65% (optim 90-95%), hidrogenul trebuie să fie absent, vaporii de apă au fost îndepărtați, dioxidul de carbon a fost îndepărtat, componentele rămase sunt inerte la temperaturi ridicate.
Utilizați biogaz de origine „balegar animal”, neeliberat de impurități urât mirositoare, în cladiri rezidentiale imposibil.
Presiunea normalizată este de 12,5 bari dacă valoarea este mai mică de 8-10 bari, automat modele moderne echipamentele de încălzire și echipamentele de bucătărie nu mai furnizează gaz. Este foarte important ca caracteristicile gazului care intră în generatorul de căldură să fie stabile. Dacă presiunea sare peste limitele normale, supapa va funcționa și va trebui să o reporniți manual. Este rău dacă utilizați aparate cu gaz învechite care nu sunt echipate cu un sistem de control al gazului. ÎN cel mai bun scenariu Arzătorul cazanului se poate defecta. Cea mai proasta varianta- gazul se va stinge, dar alimentarea lui nu se va opri. Și acest lucru este deja plin de tragedie. Să rezumăm cele spuse: caracteristicile biogazului trebuie aduse la parametrii necesari, iar măsurile de siguranță trebuie respectate cu strictețe. Lanț tehnologic simplificat pentru producția de biogaz. O etapă importantă este separarea și separarea gazelor
Ce materii prime sunt folosite pentru a produce biogaz
Materii prime vegetale și animale
- Materiile prime din plante sunt excelente pentru producerea de biogaz: din iarbă proaspătă puteți obține randamentul maxim de combustibil - până la 250 m3 pe tonă de materie primă, conținut de metan de până la 70%. Ceva mai puțin, se pot obține până la 220 m3 din silozul de porumb, până la 180 m3 din blaturile de sfeclă. Oricare sunt potrivite plante verzi, algele și fânul sunt bune (100 m3 pe tonă), dar este logic să folosiți furaje valoroase pentru combustibil numai dacă există un exces evident de acesta. Randamentul de metan din pulpa formată în timpul producției de sucuri, uleiuri și biodiesel este scăzut, dar materialul este și liber. Lipsa materiilor prime vegetale este un ciclu lung de producție, de 1,5-2 luni. Este posibil să se obțină biogaz din celuloză și alte deșeuri de plante care se descompun lent, dar eficiența este extrem de scăzută, se produce puțin metan, iar ciclul de producție este foarte lung. În concluzie, spunem că materiile prime vegetale trebuie tocate mărunt.
- Materiile prime de origine animală: coarnele și copitele tradiționale, deșeurile de la fabrici de lapte, abatoare și fabrici de procesare sunt, de asemenea, potrivite și, de asemenea, în formă zdrobită. Cel mai bogat „minereu” sunt grăsimile animale, randamentul de biogaz de înaltă calitate, cu o concentrație de metan de până la 87%, ajunge la 1500 m3 pe tonă. Cu toate acestea, materiile prime animale sunt insuficiente și, de regulă, se găsesc și alte utilizări pentru acestea.
Gaz inflamabil din excremente
- Gunoiul de grajd este ieftin și este disponibil din abundență în multe ferme, dar randamentul și calitatea biogazului este semnificativ mai scăzută decât în cazul altor tipuri. Plăcuțele de vacă și merele de cal pot fi folosite în forma lor pură, fermentația începe imediat, randamentul de biogaz este de 60 m2 pe tonă de materie primă cu un conținut scăzut de metan (până la 60%). Ciclul de producție este scurt, 10-15 zile. gunoiul de porc și excremente de pui toxic – pentru ca bacteriile benefice să se poată dezvolta, se amestecă cu deșeurile vegetale și cu siloz. O mare problemă o reprezintă compozițiile detergente și agenții tensioactivi, care sunt utilizați la curățarea clădirilor de animale. Împreună cu antibiotice, care cantitati mari pătrund în gunoi de grajd, inhibă mediul bacterian și inhibă formarea metanului. Este complet imposibil să nu se folosească dezinfectanți, iar întreprinderile agricole care au investit în producția de gaz din gunoi de grajd sunt nevoite să caute un compromis între igiena și controlul bolilor animale, pe de o parte, și menținerea productivității bioreactoarelor, pe de o parte. alte.
- Excrementele umane, complet gratuite, sunt de asemenea potrivite. Dar utilizarea efluenților de canalizare obișnuit este neprofitabilă, concentrația de fecale este prea scăzută și concentrația de dezinfectanți și agenți tensioactivi este mare. Tehnologii susțin că ar putea fi folosite doar dacă „produsele” curg în sistemul de canalizare doar din toaletă, cu condiția ca vasul să fie spălat cu doar un litru de apă (standard 4/8 l). Și fără detergenți, desigur.
Cerințe suplimentare pentru materii prime
O problemă serioasă cu care se confruntă fermele care s-au instalat echipamente moderne pentru a produce biogaz, materia primă nu trebuie să conțină incluziuni solide, o piatră, o piuliță, o bucată de sârmă sau o placă care cade accidental în masă va înfunda conducta și va dezactiva o pompă sau un amestecător pentru fecale scumpe. Trebuie spus că datele date privind randamentul maxim de gaz din materia primă corespund idealului conditii de laborator. Pentru a ne apropia de aceste cifre în producția reală, trebuie îndeplinite o serie de condiții: menținerea temperaturii necesare, amestecarea periodică a materiilor prime măcinate fin, adăugarea de aditivi care activează fermentația etc. Într-o instalație improvizată, asamblată conform recomandărilor articolelor despre „producerea de biogaz cu propriile mâini”, abia se poate atinge 20% din nivelul maxim, în timp ce instalațiile de înaltă tehnologie vă permit să atingeți valori de 60- 95%.
Date destul de obiective privind randamentul maxim de biogaz pt diverse tipuri materii prime
Proiectare instalatii de biogaz
Este profitabil să produci biogaz?
Am menționat deja că în țările dezvoltate se construiesc instalații industriale mari, în timp ce în țările în curs de dezvoltare se construiesc în principal instalații mici pentru fermele mici. Să explicăm de ce este așa:
Are sens să producem biocombustibili acasă?
Este profitabil să produci biocombustibil acasă în cantități mici pe un teren privat? Dacă aveți mai multe butoaie metalice și alte resturi de fier, precum și mult timp liber și nu știți cum să le gestionați - da. Dar economiile, din păcate, sunt slabe. Și investiția în echipamente de înaltă tehnologie cu volume mici de materii prime și producția de metan nu are sens în niciun caz.
Un alt videoclip de la Kulibin intern
ABONAȚI-VĂ la canalul nostru YouTube Ekonet.ru, care vă permite să vizionați online, să descărcați videoclipuri gratuite de pe YouTube despre sănătatea umană și întinerire.
Vă rugăm să dați LIKE și să distribuiți prietenilor tăi!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Fără amestecarea materiilor prime și activarea procesului de fermentație, randamentul de metan nu va fi mai mare de 20% din cel posibil. Aceasta înseamnă că, în cel mai bun caz, cu 100 kg (încărcare cu buncăr) de iarbă selectată poți obține 5 m3 de gaz fără a ține cont de compresie. Și va fi bine dacă conținutul de metan depășește 50% și nu este un fapt că va arde în generatorul de căldură. Potrivit autorului, materiile prime se încarcă zilnic, adică ciclul lui de producție este de o zi. De fapt, timpul necesar este de 60 de zile. Cantitatea de biogaz obținută de inventator, conținută într-o butelie de 50 de litri, pe care a reușit să o umple, pe vreme geroasă pentru un cazan de încălzire cu o capacitate de 15 kW (o clădire rezidențială de aproximativ 150 m2) este suficientă pentru 2 minute. .
Cei care sunt interesați de posibilitatea producerii de biogaz sunt sfătuiți să studieze cu atenție problema, mai ales din punct de vedere financiar, cu probleme tehnice contactați specialiști cu experiență în astfel de lucrări. Va fi foarte valoros informatii practice, obtinut in acele ferme in care tehnologiile bioenergetice sunt deja folosite de ceva timp. publicat