Чертеж биогазовой установки. Альтернативное отопление — биогазовая установка. Биогаз - выгоды

Необходимые обязательные материалы:

две ёмкости;
соединительные трубы;
клапаны;
газовый фильтр;
средства обеспечения герметичности (клей, смола, герметик и т.п.);

Желательные:

мешалка с электродвигателем;
датчик температуры;
датчик давления;

Указанная ниже последовательность подходит для южных регионов. Для работоспособности в любых условиях следует добавить систему подогрева реактора, которая будет обеспечивать нагрев сосуда до 40 градусов Цельсия и повысить теплоизоляцию, например, обнести конструкцию теплицей. Теплицу желательно покрыть черной пленкой. Также желательно добавить к трубопроводу устройство вывода конденсата.

Создание простой биогазовой установки:

Создать накопительную ёмкость. Выбираем резервуар, где будет храниться полученный биогаз. Резервуар фиксируется клапаном и оснащается манометром. Если потребление газа постоянно, то необходимости в газгольдере нет.
Утеплить конструкцию внутри котлована.
Установить трубы. Проложить в котлован трубы для загрузки сырья и выгрузки компостного перегноя. В ёмкости реактора делается входное и выходное отверстие. Реактор помещается в котлован. К отверстиям подводятся трубы. Трубы плотно закрепляются с помощью клея или других подходящих средств. Диаметр труб менее 30 см будет способствовать их забиванию. Место загрузки следует выбирать на солнечной стороне.
Установить люк. Ректор, оснащённый люком, делает более удобными работы по ремонту и профилактике. Люк и корпус реактора следует проклеить резиной. Также можно установить датчики температуры, давления и уровня сырья.
Выбрать ёмкость для биореактора. Выбранная ёмкость должна быть прочной – так как при ферментации выделяется большое количество энергии; обладать хорошей теплоизоляцией; быть воздухо и водонепроницаемой. Лучше всего подходят сосуды яйцеобразной формы. Если соорудить такой реактор проблематично, то хорошей альтернативой будет сосуд цилиндрической формы с округлёнными краями. Ёмкости квадратной формы менее эффективны потому, что в углах будет накапливаться затвердевшая биомасса, затрудняющая ферментацию.
Подготовить котлован.
Выбрать место для монтажа будущей установки. Желательно выбирать место достаточно далеко от дома и так, чтобы можно было выкопать яму. Размещение внутри ямы позволяет существенно сэкономить на теплоизоляции, используя для этого дешёвые материалы вроде глины.
Проверить герметичность полученной конструкции.
Запустить систему.
Добавить сырьё. Ждём около двух недель пока пройдут все необходимые процессы.Необходимое условие горения газа – избавление от двуокиси углерода. Для этого подойдёт обычный фильтр из строительного магазина. Самодельный фильтр делается из отрезка газовой трубы длиной в 30 см, наполненного сухими деревянными и металлическими стружками.

Состав и виды

Биогазом называется газ, полученный в результате трёхфазного биохимического процесса над биомассой, проходящего в герметичных условиях.

Процесс разложения биомассы последователен: сперва она подвергается воздействию гидролизных бактерий, затем кислотообразующих и в конце метанобразующих. Материалом для микроорганизмов на каждом этапе служит продукт деятельности предшествующего этапа.

На выходе приблизительный состав биогаза выглядит так:

метан (от 50 до 70%);
углекислый газ (от 30 до 40%);
сероводород (~2%);
водород (~1%);
аммиак (~1%);

На точность пропорций влияет используемое сырьё и технология получения газа. Потенциалом для горения обладает метан, чем его процент выше, тем лучше.

Опыт применения горючего болотного газа имеют древние культуры, датируемые более трёх тысячелетним возрастом (Индия, Персия или Ассирия). Научное обоснование сформировалось гораздо позже. Химическая формула метана СН 4 была открыта учёным Джоном Дальтоном, вхождение метана в состав болотного газа обнаружено Гемфри Дэви. Большую роль на развитии отрасли альтернативной энергии сыграла Вторая мировая война, требующая от воюющих сторон огромной потребности в энергоресурсах.

Обладание СССР громадными запасами нефти и природного газа привело к невостребованности других технологий получения энергии, исследование биогаза в основном было предметом интереса академической науки. На текущий момент ситуация поменялась настолько, что, помимо промышленной добычи разных видов топлива, создать биогазовую установку для своих целей под силу любому человеку.

Устройство установки

– комплекс оборудования, предназначенного для получения биогаза из органического сырья.

По типу подачи сырья выделяют следующие виды биогазовых установок:

с порционной подачей;
с непрерывной подачей;

Биогазовые установки с постоянной подачей сырья являются более эффективными.

По типу обработки сырья:

Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
С автоматическим перемешиванием , но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
С поддержкой необходимой температуры , но без автоматического перемешивания.
С автоматическим перемешиванием сырья и поддержкой температуры.

Принцип работы

Процесс преобразования органического сырья в биогаз называется ферментацией. Сырьё загружается в специальную ёмкость, обеспечивающую надёжную защиту биомассы от доступа кислорода. Событие, происходящее без вмешательства кислорода, называется анаэробным.

Под воздействием специальных бактерий в анаэробной среде начинает происходить ферментация. По мере развития брожения сырьё покрывается коркой, которую необходимо регулярно разрушать. Разрушение производится с помощью тщательного перемешивания.

Перемешивать содержимое требуется минимум два раза в сутки, не нарушая при этом герметичности процесса. Кроме удаления корки промешивания позволяет равномерно распределить кислотность и температуру внутри органической массы. В результате этих манипуляций вырабатывается биогаз.

Полученный газ собирается в газгольдере, оттуда по трубам доставляется потребителю. Биоудобрения, полученные после переработки исходного сырья, можно использовать как пищевую добавку для животных или добавлять в почву. Такое удобрение называется компостным перегноем.

Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:

ёмкость гомогенизации;
реактор;
мешалки;
резервуар для хранения (gas-holder);
комплекс отопления и смешивания воды;
газовый комплекс;
комплекс насосов;
сепаратор;
датчики контроля;
КИПиА с визуализацией;
система безопасности;

Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.

Используемое сырьё

Разложение любых остатков животного или растительного происхождения выделяет горючий газ в различной степени. Хорошо подходят для сырья смеси различного состава: навоз, солома, трава, разные отходы и т.д. Для химической реакции требуется влажность в 70%, поэтому сырьё необходимо разбавлять водой.

Неприемлемо наличие в органической биомассе очистительных средств, хлора, стиральных порошков, так как они препятствуют химическим реакциям и могут повредить реактор. Также не подходит для реактора сырьё с опилками хвойных деревьев (содержащие смолы), с высокой долей лигнина и с превышением порога влажности в 94%.

Растительное. Растительное сырьё великолепно подходит для производства биогаза. Максимальный выход топлива даёт свежая трава – из тонны сырья получается около 250 м 3 газа с долей метана в 70%. Кукурузный силос немногим меньше – 220 м 3 . Ботва от свеклы – 180 м 3 .

Можно использовать в качестве биомассы практически любые растения, сено или водоросли. Недостаток применения заключается в длительности производственного цикла. Процесс получения биогаза занимает до двух месяцев. Сырьё должно обязательно быть мелко измельчено.

Животное. Отходы перерабатывающих, молочных предприятий, со скотобоен и т.д. пригодны для биогазовой установки. Максимальный выход топлива дают животные жиры – 1500 м 3 биогаза с долей метана в 87%. Основной недостаток – дефицит. Животное сырьё также должно быть измельчено.

Экскременты. Главное достоинство навоза его дешевизна и легкодоступность. Недостаток – количество и качество биогаза ниже, чем от других видов сырья. Лошадиные и коровьи экскременты можно перерабатывать сразу. Производственный цикл займёт приблизительно две недели и даст выход объемом 60 м 3 с 60% содержанием метана.

Куриный помёт и свиной навоз напрямую применять нельзя, потому что они токсичны. Чтобы запустить процесс ферментации их надо смешать с силосом. Продукт жизнедеятельности человека также можно использовать, но канализационные стоки не подойдут, так как содержание фекалий мало.

Схемы работы

Схема 1 – биогазовая установка без автоматического перемешивания сырья:

Схема 2 – биогазовая установка промышленного типа:

Биогаз, биогазовые установки - все чаще и чаще эти слова встречаются в масс-медиа, в разговорах предприимчивых людей. Причина очевидна - рост цен на топливо
Биогаз - это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в процессе анаэробного сбраживания специальных реакторах - метантенках, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Энергия, получаемая при сжигании биогаза, может достигать от 60 до 90% той, которой обладает исходный материал. Другое достоинство процесса переработки биомассы состоит в том, что в ее отходах содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, чем в исходном материале.

производят биогаз путем контролируемого сбраживания биомассы в анаэробных условиях.
Биогаз возможно получать в биогазовых установках самых разных масштабов. Это могут быть небольшие очистные и установки для обеспечения предприятия своей энергией и гигантские централизованные энергопарки для подачи газа и электроэнергии в сеть.
Для производства биогаза пригодно большинство отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства, а также специально выращенные энергетические растения. Биогазовые установки могут работать как на моно-сырье, так и на смеси.
Биогазовые установки представляют собой строительные объекты, состоящие из герметичных реакторов оснащенных комплексом систем подачи сырья, подогрева, перемешивания, канализации, воздушной газовой и электрической.

Биогаз - выгоды

Биогазовая установка — это самая активная система очистки. Любые другие системы очистки потребляют энергию, а не производят.

Помимо экологии, главные выгоды — это получение биогаза и биоудобрений.

Дополнительные выгоды биогазовой установки: выработка электричества и тепла, получение биометана, экономия капитальных затрат на очистных при постройке новых предприятий.

Производство биогаза позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. Его улавливание — самый лучший способ предотвращения глобального потепления.

Принцип работы биогазовой установки

Биогазовая станция производит биогаз и биоудобрения путем бескислородного брожения из биоотходов и энергетических культур.

Промышленная биогазовая станция – строительный объект, в котором доля оборудования составляет 70-80%. Это закрытые реакторы (метантенки) выполненные из монолитного железобетона или стали с покрытием. Конструкция модульная с диаметром 24 м и высотой 6 м. При увеличении мощности увеличивается количество реакторов.

Жидкие биоотходы перекачиваются на биогазовую установку фекальными насосами по трубопроводу. Они попадают в предварительную емкость, где происходит перемешивание массы, разбавление до необходимой влажности и подогрев до необходимой температуры.

Выходы биогаза

Оборудование биогазовой установки

Биогазовый реактор

Биогазовый реактор состоит из панелей, выполненных из стали с высококачественным покрытием по технологии высокотемпературного спекания «elamel». Это покрытие является долговечным, стойким к химическим воздействиям, коррозии и ударо-прочным. Конструкция предусматривает быструю сборку и разборку.

Преимущество биогазовых реакторов из стали с покрытием по сравнению с бетонными состоит в долговечности, отсутствии необходимости в опалубке, сокращении сроков, возможности круглогодичного строительства. Люки из нержавеющей стали, усиленные вырезы под мешалки, смотровые окна — все рассчитано с учетом особенностей биогазовой технологии.

Важным преимуществом металлического реактора по сравнению с ж.б. является то, что он легко демонтируется и признается банками лучшим залогом.

Загрузчик для биогазовой установки

Силос или другое твердое сырье подается непосредственно в биогазовый реактор шнековым загрузчиком. Бункер укомплектовывается двумя турбошнеками, которые имеют систему плавного пуска, благодаря чему происходит экономия электроэнергии и гарантируется надежная работа привода в течение 24 часов в день.

Особо прочная конструкция из легированной стали со стойким к кислотному воздействию покрытием позволяет агрегатам работать при больших нагрузках. Использование специальных скребков с регулируемыми ножами увеличивает производительность. Привод с надежными планетарными редукторами гарантирует стабильность работы при максимальных нагрузках и вращающих моментах, а гидравлическое управление заслонкой обеспечивает очистку турбошнека и транспортера.

Мешалка наклонная для биогазовой установки

Наклонные мешалки разработаны специально для работы в агрессивных условиях внутри биогазового реактора. Винты изготовлены при помощи специального оборудования, которое обеспечивает миллиметровую точность в наклоне лопастей.

Мешалка с электрическим приводом разработана для работы во взрывоопасной среде класса 1 и класса 2. Все детали мешалки, включая изоляционную мембрану для трубки привода защищены от ультрафиолетового излучения. Винтовая мешалка монтируется с внешней стороны стены ферментатора.

Мешалка поддерживается при помощи двух верхних реек либо опционально на реечной передаче, что позволяет устанавливать любой угол наклона. Карданный вал, винт, и пластина изготовлены из нержавеющей стали.

Мешалка погружная

Погружные мешалки биогазовых станций с электрическим приводом сконструированы для работы во взрывоопасной и одновременно агрессивной среде.

Мешалка устанавливается на мачту с помощью крепления двигателя для регулировки высоты устройства. Благодаря роликовым направляющим мешалка может плавно погружаться и подниматься без трения, даже если кабель тянется под небольшим углом.

Мотор-редуктор изготовлен из чугуна с шаровидным графитом и сверху окрашен. Винт оцинкован, а крепление двигателя изготовлено из нержавеющей стали. Погружная мешалка выполнена в виде водонепроницаемого моноблока, приводящего в движение трехлопастной винт.

Теплопункт биогазовой станции

Внутри биогазового реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильная около +37°С. Подогрев реактора ведется теплоносителем. Температура теплоносителя на входе в реактор +80°С. Температура носителя после реактора около +55°С.

Система подогрева — это котлы, насосы, теплообменники, гребенки. Сеть трубок для подогрева находится внутри стенки реактора, либо на ее внутренней поверхности. Если биогазовая установка комплектуется когенерационной установкой, то теплоноситель от охлаждения генератора используется для подогрева реактора.

Источниками теплоснабжения сооружений биогазовой установки могут быть газовые котлы, которые работают на биогазе, на природном газе и на смеси, а также электрические котлы.

Газгольдер-мешок

Материал газгольдера устойчив к поджогу электропроводами под напряжением, фейерверками, а также к прорыву металлическими стержнями, даже раскаленными докрасна.

Монтируется в специальном проветриваемом ангаре. Конструкция газгольдера позволяет накапливать и удерживать давление биогаза под пленкой от 0,005-0,01 Бар.

Подача биогаза в газгольдер осуществляется через специальные патрубки, оснащенными предохранительными клапанами во избежание переполнения.

Газгольдер биогазовой установки

Газгольдер — хранилище биогаза. Он герметично крепится сверху реактора. Система газгольдера имеет двухслойную конструкцию. Внешний купол-чехол имеет стойкость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным осадкам.

Внутренний купол натягивается под действием вырабатываемого биогаза.

Между внешним и внутренним куполами закачивается воздух для создания давления на нижний купол, а также для придания формы внешнему. Давление биогаза внутри газгольдера составляет от 200 до 500 Па. Запас газгольдера на 2-3 часа хранения биогаза.

Сепаратор биогазовой станции

Сепаратор предназначен для разделения переброженной массы на твердую и жидкую фракции и входит в базовую комплектацию установки получения биогаза. Детали сепаратора выполнены из коррозионно- и износостойкой стали. Смесь поступает произвольно или подается при помощи насоса через патрубок подачи смеси в загрузочную камеру. Из загрузочной камеры с помощью шнека переменного шага, выполненного из износостойкой стали, смесь подается в камеру сепарирования.

Камера сепарирования представляет собой цилиндрическое сито, также выполненное из износостойкой стали. В камере сепарирования посредством отжима происходит разделение жидкой и твердой фракций. Жидкая фракция сливается через сливной парубок в накопительный резервуар. Твердая фракция через разгрузочное устройство покидает сепаратор и скапливается в накопительном контейнере.

Факел биогазовой установки

Факельная установка предназначена для временного или периодического полного сжигания биогаза, вырабатываемого биогазовыми установками или полигонами ТБО при отсутствии возможности его полезного использования в качестве энергоносителя.

Сжигающая система состоит из горелки и дополнительных узлов.

Горелка сконструирована по принципу инжекционного сжигания и состоит из сопла, инжектора с системой контроля подачи воздуха, трубы защиты пламени, штуцера и системы управления горелкой.

Система сжигания биогаза сделана из нержавеющей стали. Несущая конструкция держит горелку и вертикально установленный штуцер.

Система управления горелки установлена в шкафу, который монтируется на несущей конструкции системы сжигания, и содержит все элементы для контроля и управления зажиганием и пламенем.

Опции биогазовой установки

Когенерация

Производство электрической и тепловой энергии в установках на базе двигателя внутреннего сгорания — наиболее распространённый способ извлечения выгоды от биогазовой станции. Электроэнергия может круглогодично использоваться как собственных нужд, так и для подачи в сеть по нерегулируемому или зеленому тарифу.

Из 1 м3 биогаза вырабатывается одновременно 2,4 кВтч электрической +2,5 кВтч тепловой энергии.

Преимущества когенерационных установок по сравнению с аналогами:
— замены масла не 500, а 2000 моточасов,
— высокий эл. КПД до 40 %, сумм.КПД эл.+тепло до 90%,
— высшая надежность.

Электростанция — главная деталь биогазовой станции, в ней больше всего подвижных частей. От этого агрегата напрямую зависит выручка и это то, на чем не стоит экономить.

Очистка до метана

Данная система позволяет производить очистку (обогащение) биогаза до состояния биометана. Биометан — полный аналог гостовского природного газа с концентрацией метана в пределах 95-99%. После системы очистки газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей, может подаваться в общую систему газоснабжения в трубу среднего или низкого давления или использоваться на технологические нужды для полной замены природного газа.

Предлагается регенеративная водяная система обогащения биогаза. Ее принцип работы основан на различной растворимости газов в жидкости. При пропускании биогаза через холодную воду углекислый газ растворяется в ней, а при нагреве высвобождается.

Преимуществом водяной системы обогащения биогаза по сравнению с PSA или угольными системами абсорбции является низкая себестоимость очистки газа. Благодаря использованию воды как основного компонента данного процесса для процесса не требуется никаких реагентов или больших затрат на

Сушка удобрений

Сушка биоудобрений позволяет более полно использовать потенциал биогазовой станции и в разы повысить ее рентабельность. Сушеные биоудобрения имеют более высокую продажную цену по сравнению с просто отсепарированной биомассой. В сушеном гранулированном виде удобрения могут с низкими затратами транспортироваться на любые расстояния и храниться достаточно долго. Два побочных продукта биогазовой станции- тепло и сырые биоудобрения могут быть задействованы для производства востребованного продукта. Сушеные биоудобрения сравнимы с гуано.

Низкотемпературная конвейерная сушилка работает по высокоэффективному методу для сушки биомассы с помощью низкой температуры. Малый уровень выбросов и высококачественный конечный продукт, при низком уровне потребления являются преимуществом технологии. Регулировка скорости подачи продукта гарантирует постоянную влажность обсушиваемого продукта и оптимальное использование дополнительной тепловой энергии.

Привет всем читателям и посетителям блога «построить дом». Помнится в одной из статей, где мы с вами «изобретали» , я обещал вам рассказать о получении биогаза в домашних условиях . Что ж, обещал значит надо выполнять, дабы не быть посланным в одно из нехороших мест.

Что мы знаем о биогазовой установке? На данный момент многие об этом имеют лишь отдаленное представление, а большинство вообще ничего не знают о том что это такое — все представление о снабжении энергией своего дома, сводится к тому чтобы своевременно оплачивать счета за газ, или другие энергоносители. Однако, бесконечное повышение стоимости на энергоносители, побуждает некоторые пытливые умы искать альтернативные решения, и искать способы производства, например оборудования для добычи биогаза в домашних условиях, из органических отходов . Причем есть и такие Кулибины, которые ухищряются сделать сразу 2 в 1 — совмещать септик с биогазовой установкой . Думаете шутка? Отнюдь. В нашем мире и не такое возможно.

Итак, биогазовая установка позволит получить не только дешевую энергию для приготовления пищи и обогрева дома, но и высококачественное удобрение.

Домашний биогазовый завод на навозе — схема

Получение биогаза из отходов относится к экологически чистому виду топлива. По своим характеристикам он практически ни в чем не уступает природному газу. Вот только извлекается не из земли, а путем брожения органических отходов .

Представить технологию извлечения биогаза можно следующим образом: в специальном сборнике, именуемом биореактором, осуществляется процесс переработки и брожения отходов. В результате этого совершается выделение смеси газов, состоящей из 60 % метана, 35 % — углекислого газа и оставшиеся 5 % — прочих газообразных веществ. Добытый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки используется в бытовых целях.

Схема принципа действия биогазовой установки

Отработанные отходы , превратившиеся в первосортное удобрение, периодически извлекаются и вывозятся на поля.

На заметку: исследования показали, что поле обработанное удобрениями, перебродившими анаэробным методом дает урожай на 20-30 % больше, нежели поле удобренное обычным способом.

Биогазовые установки для дома – купить или же сделать самому?

Если крупные фермеры могут себе позволить купить биогазовую установку созданную в промышленных условиях, то мелкие предприятия, а уж тем более частные домовладельцы скорее смогут не купить, а смонтировать своими руками менее мощные установки, функционирующие по тому же методу, из подручного материала. Но сперва необходимо понять, каких именно размеров, а главное какого типа установку вы хотите получить на своем участке.

Схема установки для получения биогаза для предприятий, ферм

Типов установок , как и видов брожения органических веществ всего два – с поступлением воздуха (аэробный) и без него (анаэробный). При аэробном брожении в процессе распада биомасс водород окисляется до воды, а углерод – до углекислого газа. Причем в этот момент выделяется большое количество – бродящая биомасса сильно нагревается.

При анаэробном брожении 60-70 % углерода превращается в метан , а оставшаяся его часть – в водород, углекислоту и азот. Для сжигания метана хорошо подходит обычная газовая конфорка.

Биогазовый заводик у колхозного амбара

Аэробный метод получения энергии легче и проще анаэробного. Он не требует производства герметичных бродильных камер и контроля. Аэробные установки называются БТС (биотермические станции). А анаэробные – БЭС (биоэнергетические или биогазовые станции). В качестве сырья для брожения годятся любой органический сельскохозяйственный продукт. Одна израильская компания, например, представила компактную установку по добыванию биогаза, функционирующую исключительно на фруктовых и овощных очистках.

Биогазовая установка для дома компании HomeBioGas

Разработанная израильской компанией HomeBioGas биогазовая установка по выработке газа в домашних условиях, при своих скромных габаритах (123 х 165 х 100 см) и массой не более 40 кг может обеспечить работу одной плиточной горелки на максимальном огне в течение часа.

Homebiogas — биогазовая установка Израильской компании

Кроме того, эта установка вырабатывает до 8 литров жидких удобрений в сутки при максимальной загрузке танка (6 кг).

По подсчетам в год одно небольшое агрохозяйство при помощи этой установки способно переработать около тонны органических отходов. Правда установка рассчитана на работу при среднесуточной температуре от +20 о С. Я же, хочу рассказать, как создать домашнюю биогазовую установку прекрасно работающую в климатической зоне центральной России. В принципе в ней ничего особо сложного нет.

Домашняя биогазовая станция

Если обладатели установки хотят, чтобы она каждые сутки приносила по 0,7-0,9 м 3 биогаза (вполне хватит на приготовления пищи для двух человек), то поступать нужно следующим образом.

Загрузить камеру брожения объемом 1 м3 мелконарезанными и разведенными в воде органическими отходами (напомню – фруктовые и овощные очистки) в весовых соотношениях 1: 10 – 1: 5.
Герметично закрыть ее и обеспечить подачу постоянной температуры от +25 до +30оС.

Для поддержания в камере постоянной температуры, через нее необходимо пропустить змеевик с горячей водой , прогреваемой посредством газа, вырабатываемого этой же установкой. На линии газопровода нужно установить два крана: один у газовой плиты, другой – на выходе из реактора.

На заметку: а вот наш смекалистый сельский народ уже давно задумывается, а некоторые и воплотили в жизнь, получение газа для отопления дома из собственных каловых масс — то бишь совмещают септик с биогазовой установкой. Если хорошо порыться в интернете, можно схемы даже найти.

Газосборник либо газгольдер – второй по значимости, после бродильни, элемент биогазовой установки. Он представляет из себя два стальных сосуда (один из которых перевернут вверх дном), беспрепятственно входящих друг в друга. Во внешний сосуд заливается вода, образуя гидравлический затвор для биогаза, поступающего в полость перевернутого сосуда. Кольцевой зазор между стенками сосудов примерно 50 мм. Объединить оба резервуара можно при помощи трубок диаметром ½ дюйма. Такой же газопровод забирает газ из перевернутого сосуда и доставляет метан к обычной газовой плите. Снаружи газгольдер рекомендуется обложить утепленным шатром.

Современный мир построен на все увеличивающемся потреблении, поэтому особенно быстро истощаются минеральные и сырьевые ресурсы. В то же время на многочисленных животноводческих фермах ежегодно накапливаются миллионы тонн зловонного навоза, и тратятся немалые средства для его утилизации. Люди также не отстают в производстве биологических отходов. К счастью, разработана технология, позволяющая одновременно решать эти проблемы: используя биоотходы (прежде всего, навоз) в качестве сырья, получать экологически чистое возобновляемое топливо – биогаз. Применение таких новаторских технологий породило новую перспективную отрасль – биоэнергетику.

Что такое биогаз

Биогазом называют летучее газообразное вещество, не имеющее цвета, совсем без запаха. Он состоит на 50-70 процентов из метана, до 30 процентов его составляет углекислый газ СО2 и еще 1-2 процента – газообразные вещества – примеси (при очистке от них получается чистейший биометан).

Качественные физико-химические показатели этого вещества приближаются к обычному высококачественному природному газу. По исследованиям ученых, у биогаза очень высокие теплотворные свойства: так, тепло, выделяемое при сжигании одного кубометра этого природного топлива, равнозначно теплу от полутора килограмм каменного угля.

Выделение биогаза происходит благодаря жизнедеятельности особого вида бактерий – анаэробных, при этом мезофильные бактерии активизируются при прогревании среды до 30-40 градусов Цельсия, а термофильные размножаются при более высокой температуре – до +50 градусов.

Под действием их ферментов органическое сырье разлагается с выделением биологического газа.

Сырье для биогаза

Не любые органические отходы подходят для переработки на биогаз. Например, помет от птицефабрик и свиноферм в чистом виде использовать категорически нельзя, потому что у них высок уровень токсичности. Для получения из них биогаза в такие отходы необходимо добавлять разбавляющие вещества: силосовую массу, зеленую травяную массу, а также навоз из-под коров. Последний компонент – самое подходящее сырье для получения экологически чистого топлива, поскольку коровы питаются только растительной пищей. Однако и его надо контролировать на предмет содержания тяжелометаллических примесей, химических составляющих, поверхностно-активных веществ, которых в сырье не должно быть в принципе. Очень важный пункт – контроль на антибиотики и дезинфицирующие вещества. Наличие их в навозе способно препятствовать процессу разложения сырьевой массы и образования летучего газа.

Дополнительная информация. Совсем обойтись без дезинфицирующих средств невозможно, потому что иначе на биомассе под воздействием высоких температур начинает образовываться плесень. Также следует следить и вовремя очищать навозные массы от механических загрязнений (гвозди, болты, камни и т.п.), которые могут быстро испортить биогазовое оборудование. Влажность сырья, идущего для получения биогаза, должна составлять не менее 80-90%.

Механизм образования газа

Для того чтобы в процессе безвоздушного брожения (его по-научному называют анаэробной ферментацией) из органического сырья начал выделяется биогаз, необходимы соответствующие условия: герметичная емкость и повышенная температура. Если все сделано правильно, продуцирующийся газ поднимается наверх, откуда его выбирают для использования, а те твердые частицы, что остаются, представляют собой отличное биоорганическое сельскохозяйственное удобрение, богатое азотом и фосфором, но освобожденное от вредных микроорганизмов. Для правильного и полного протекания процессов очень важен температурный режим.

Полный цикл преобразования навоза в экологическое топливо составляет от 12 дней до месяца, это зависит от состава сырья. С одного литра полезного объема реактора получается около двух литров биогаза. Если применять более совершенные модернизированные установки, то процесс производства биотоплива убыстряется до 3 суток, а выработка биогаза повышается до 4,5- 5 литров.

Люди начали изучать и использовать технологию добычи биотоплива из органических природных источников еще с конца XVIII века, а в бывшем СССР первое устройство по получению биогаза было разработано еще в 40-е годы прошлого столетия. В наше время эти технологии приобретают все большее значение и популярность.

Преимущества и недостатки биогаза

Биогаз как источник энергии имеет неоспоримые плюсы:

он служит улучшению экологической обстановки в тех местностях, где широко применяется, поскольку наравне с сокращением использования загрязняющего природу топлива происходит очень эффективное уничтожение биоотходов и обеззараживание стоков, т.е. биогазовое оборудование выполняет роль очистительной станции;
сырье для производства этого органического топлива является возобновляемым и практически бесплатным – пока животные на фермерских хозяйствах получают питание, они будут производить биомассу, а, значит, и топливо для биогазовых установок;
приобретение и использование оборудования экономически выгодно – однажды купленная установка для получения биогаза больше не потребует никаких вложений, а обслуживается она просто и дешево; так, биогазовая установка для использования в фермерском хозяйстве начинает окупаться уже через три года после запуска; отсутствует необходимость сооружать инженерные коммуникации и линии передачи энергии, затраты на запуск биостанции снижаются на 20 процентов;
отпадает необходимость в подведении таких инженерных коммуникаций, как линии электропередач и газопровод;
производство биогаза на станции с использованием местного органического сырья – безотходное предприятие, в противовес предприятиям на традиционных энергоносителях (газопроводы, котельные и т.п.), отходы не загрязняют экосреду, не требуют места для своего хранения;
при использовании биогаза в атмосферу выделяется некоторое количество углекислого газа, а также серы, однако, эти количества минимальны по сравнению с тем же природным газом и усваиваются зелеными насаждениями при дыхании, поэтому вклад биоэтанола в парниковый эффект минимален;
по сравнению с другими альтернативными источниками энергии, выработка биогаза всегда стабильна, деятельностью и производительностью установок по его производству человек может управлять (в отличие, например, от солнечных батарей), собирая несколько установок в одну или, наоборот, дробя на отдельные участки для снижения риска аварии;
в выхлопных газах при использовании биотоплива содержание оксида углерода снижается на 25 процентов, а оксидов азота – на 15;
помимо навоза, можно использовать и некоторые виды растений для получения биомассы на топливо, например, сорго поможет улучшить состояние почв;
при добавлении биоэтанола в бензин его октановое число увеличивается, а само топливо становится более детонационно- стойким, его температура самовоспламенения значительно снижается.

Биогаз – не идеальное топливо, он и технология его получения также не лишены недостатков:

скорость переработки органического сырья в оборудовании для производства биогаза – слабое место в технологии по сравнению с традиционными источниками получения энергии;
у биоэтанола меньшая теплота сгорания, чем у топлива из нефти – на 30 процентов меньше выделяется энергии;
процесс довольно неустойчив, для его поддержания требуется большое количество ферментов определенного качества (например, изменение в рационе коров очень сильно влияет на качество навозного сырья);
недобросовестные производители биомассы для станций переработки могут значительно истощать почвы повышенными засевами, это нарушает экологическое равновесие территории;
трубы и емкости с биогазом могут разгерметизироваться, что приведет к резкому снижению качества биотоплива.

Где применяется биогаз

Прежде всего, это экологическое биотопливо идет на удовлетворение бытовых потребностей населения, как замена природному газу, для обогрева и приготовления пищи. Предприятия могут использовать биогаз для запуска замкнутого цикла изготовления продукции: особенно эффективно его применение в газовых турбинах. При грамотной наладке и полном совмещении такой турбины с установкой по получению биотоплива его стоимость конкурирует с самой дешевой атомной энергией.

Эффективность использования биогаза очень легко подсчитать. Например, от одной единицы крупного рогатого скота можно получить до 40 килограмм навоза, из которого производится полтора кубометра биогаза, достаточного для выработки 3 киловатт/часов электричества.

Определив потребности хозяйства в электроэнергии, можно определить, какой вид установки для получения биогаза использовать. При небольшом поголовье коров лучше всего биогаз в домашних условиях добывать с помощью простейшей биогазовой установки малой мощности.

Если же хозяйство очень крупное, и на нем постоянно образуется большое количество биоотходов, выгодно смонтировать автоматизированную биогазовую систему промышленного типа.

Обратите внимание! При проектировании и наладке тут потребуется помощь квалифицированных специалистов.

Конструкция биогазовой установки

Любая биоустановка состоит из следующих основных частей:

биореактор, где происходит биоразложение навозной смеси;
система подачи органического топлива;
агрегат для размешивания биологических масс;
аппараты для создания и поддержания нужного уровня температуры;
цистерны для помещения в них полученного биогаза (газгольдеры);

емкости для помещения туда образующихся твердых фракций.

Это полный список элементов для промышленных автоматизированных установок, тогда как биогазовая установка для частного дома гораздо более проще сконструирована.

Биореактор должен быть полностью герметичным, т.е. доступ кислорода недопустим. Это может быть емкость из металла в виде цилиндра, установленная на поверхности почвы, хорошо для этих целей подходят бывшие цистерны от топлива емкостью по 50 кубометров. Готовые разборные биореакторы быстро монтируются / демонтируются и легко перемещаются на новое место.

Если предполагается небольшая биогазовая станция, то целесообразно размещать реактор под землей и выполнять его в виде кирпичного или бетонного резервуара, а также металлических или ПВХ бочек. Можно помещать такой биоэнергетический реактор в помещение, однако необходимо обеспечить постоянное вентилирование воздуха.

Бункеры для подготовки биологического сырья – необходимый элемент системы, потому что перед тем, как попасть в реактор, его надо подготовить: измельчить на частицы до 0,7 миллиметра и пропитать водой, чтобы довести влажность сырья до 90 процентов.

Системы подачи сырья состоят из сырьевого приемника, водопровода и насоса для подачи подготовленной массы в реактор.

Если биореактор выполнен в подземном исполнении, емкость для сырья располагают на поверхности, чтобы подготовленный субстрат самостоятельно под действием силы тяжести тек в реактор. Возможно также расположить сырьевой приемник в верхней части бункера, тогда необходимо использование насоса.

Отверстие для вывода отходов располагают ближе к днищу, напротив входа для сырья. Приемник для твердых фракций выполняют в виде прямоугольного ящика, куда ведет выходная трубка. При поступлении в биореактор новой порции подготовленного био-субстрата, такая же по объему партия твердых отходов подается в приемник. В дальнейшем они используются в хозяйствах в качестве отличных биоудобрений.

Полученный биогаз хранится в газгольдерах, которые помещаются, как правило, сверху реактора и имеют конусообразную или куполообразную форму. Изготавливаются газгольдеры из железа и прокрашиваются масляной краской в несколько слоев (это помогает избежать коррозийного разрушения). В больших промышленных биоустановках емкости для биогаза выполняются в виде отдельно стоящих цистерн, соединенных с реактором.

Для придания полученному газу горючих свойств необходимо избавить его от водяных паров. Производится провод биотоплива по трубе через водяную емкость (гидрозатвор), после чего его можно подавать по пластиковым трубам непосредственно для потребления.

Иногда можно встретить особенные газгольдеры мешкообразного вида из ПВХ. Их располагают в непосредственной близости от установки. По мере заполнения биогазом мешки раскрываются, их объем увеличивается настолько, чтобы принять весь произведенный газ.

Для эффективного протекания процессов биоброжения необходимо постоянное перемешивание субстрата. Для предотвращения образования корки на поверхности биомассы и замедления процессов брожения необходимо постоянно активно ее перемешивать. Для этого сбоку реактора монтируются погружные или наклонные размешиватели в виде миксера для механического перемешивания массы. Для небольших станций они ручные, для промышленных – с автоматическим управлением.

Необходимую для осуществления жизнедеятельности анаэробных бактерий температуру поддерживают с помощью автоматизированных обогревательных систем (для стационарных реакторов), они начинают подогрев при снижении тепла ниже нормы и автоматически выключаются при достижении нормальной температуры. Также можно использовать котельные установки, электрообогреватели или вмонтировать в днище емкости с сырьем специальный нагреватель. Одновременно необходимо снизить потери тепла от биореактора, для этого его укутывают слоем стекловаты или проводят другую теплоизоляцию, например, из пенополистирола.

Биогаз своими руками

Для частных домов применение биогаза сейчас очень актуально – из практически бесплатного навоза можно получить газ для бытовых нужд и обогрева дома и фермы. Собственная биогазовая установка – это гарантия от отключений электричества и подорожания газа, а также отличный способ утилизировать биоотходы, а также ненужную бумагу.

Для строительства в первый раз логичнее всего использовать простые схемы, такие конструкции будут более надежными и прослужат дольше. В дальнейшем установку можно будет дополнить более сложными деталями. Для дома площадью в 50 квадратов достаточное количество газа получается при объеме емкости для ферментирования в 5 кубометров. Для обеспечения постоянного температурного режима, необходимого для правильного брожения, можно использовать трубу отопления.

На первом этапе строительства роют траншею для биореактора, стенки которой должны быть укреплены и герметизированы с помощью пластика, бетонной смеси или же кольцами из полимеров (желательно наличие в них глухого дна – периодически по мере пользования их придется заменять).

Второй этап заключается в монтаже газового дренирования в виде полимерных труб с многочисленными отверстиями. При установке следует учитывать, что верхушки труб должны превышать планируемую глубину наполнения реактора. Диаметр выходных труб должен быть не больше 7-8 сантиметров.

Следующий этап – изоляция. После этого можно заполнять реактор подготовленным субстратом, после чего он укутывается пленкой для увеличения давления.

На четвертом этапе монтируют купола и отводную трубу, которая ставится в самой высокой точке купола и соединяет реактор с газгольдером. Газгольдер можно обложить кирпичом, поверх монтируется сетка из нержавеющей стали и покрывается штукатуркой.

В верхней части газгольдера помещают люк, который закрывается герметично, из него выводят газовую трубу с клапаном для уравнивания давления.

Важно! Получаемый газ должен отводиться и потребляться постоянно, поскольку длительное его хранение в свободной части биореактора может спровоцировать взрыв от повышенного давления. Необходимо предусмотреть гидрозатвор для того, чтобы биогаз не смешивался с воздухом.

Для разогрева биомассы можно установить змеевик, идущий от отопительной системы дома, – это экономически гораздо выгоднее, чем применение электрообогревателей. Внешнее обогревание можно предусмотреть с помощью пара, это исключит перегрев сырья выше нормы.

В целом биогазовая установка своими руками – не такое сложное сооружение, но при ее обустройстве необходимо обращать внимание на самые мелкие детали, во избежание пожаров и разрушений.

Дополнительная информация. Строительство даже самой простой биоустановки должно быть оформлено соответствующими документами, необходимо иметь технологическую схему и карту монтажа оборудования, нужно получить одобрение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб.

В наше время использование альтернативных источников энергии набирает обороты. Среди них очень перспективной является подотрасль биоэнергетики – получение биогаза из органических отходов типа навоза и силоса. Станции производства биогаза (промышленные или маленькие домашние) способны решить проблемы утилизации отходов, получения экологического топлива и тепла, а также качественных сельскохозяйственных удобрений.

Видео

Биогазовая установка для дома позволит сэкономить затраты на энергетические ресурсы. Такой агрегат можно сделать самостоятельно.

Стоимость комплектующих достаточно доступная, а производимый газ можно будет применять в различных целях – отопление, приготовление пищи и т. д.

Технология получения биогаза

Принцип работы биогазовой установки базируется на брожении биосубстрата. Он разлагается под воздействием гидролизных, метано- и кислотообразующих микроорганизмов. Вырабатывается горючий газ, содержащий высокий объем метана.

Газ фактически не уступает природному, использующемуся в быту и промышленности. Есть готовые установки. Но, их стоимость достаточно высока, срок окупаемости достигает 10 лет.

Для работы биогазовой установки можно применять доступное сырье – утилизируемые отходы. Они перерабатываются следующим образом:

Сырье бродит под воздействием микроорганизмов.
Выделяются горючие газы – метан, углекислота и прочие. Основной объем представлен метаном
Газы проходят очистку и попадают газгольдер, в котором находятся до непосредственного применения.

Газ может применяться аналогично природному. Его можно использовать в качестве топлива для котлов, печей, газовых плит и т. д. Отработанное сырье нужно своевременно извлекать из установки. Отходы можно применять в качестве удобрения.

Плюсы и минусы

К основным достоинствам установки можно отнести:

эффективная утилизация отходов;
биомасса постоянно возобновляется за счет сельскохозяйственной деятельности;
сравнительно незначительное содержание углекислого газа;
небольшой объем выделяемой серы;
стабильность, бесперебойная работа, независящая от внешних факторов;
возможность одновременной эксплуатации нескольких установок;
экономическая выгода, особенно для людей, которые активно занимаются сельскохозяйственной деятельностью.

К недостаткам можно отнести небольшое загрязнение окружающей среды. Также могут возникнуть сложности с поставками сырья.

Подготовка ямы для биореактора

Устройство биогазовой установки предполагает ее подземное расположение. Нужно подготовить яму необходимого объема. Ее стенки можно герметично укрепить и отделать пластиком, полимерными кольцами или бетоном.

От герметичности зависит интенсивность переработки сырья. В идеале стоит приобрести заводские полимерные кольца, имеющие сухое дно. Это более дорогое решение, но можно избежать дополнительной герметизации.

Полимерные материалы устойчивы к влажности и агрессивным средам. Их не нужно ремонтировать, а при повреждении можно быстро заменить.

Дренаж для газа

Приобретать и устанавливать специализированные мешалки – не самый экономически целесообразный вариант. Для экономии можно сделать газовый дренаж. Это вертикальные пластиковые канализационные трубы с большим количество отверстий.

Дренаж также можно сделать из стальных труб, отличающихся повышенной устойчивостью к негативным воздействиям. Но, пластик практичнее из-за антикоррозионных свойств.

На фото самодельной биогазовой установки можно наглядно ознакомиться с данной конструкцией и особенностями ее сооружения.

Длину дренажных труб следует подбирать в соответствии с глубиной заполнения биореактора. Верх труб должен выступать над данным уровнем.

Слой изоляции

После изготовления биореактора, его можно сразу заполнить сырьем. Биомассу нужно закрыть пленкой. Это необходимо для обеспечения незначительного давления газа в процессе ферментации.

После изготовления купола это гарантирует эффективную подачу биогаза по системе.

Установка купола и труб

Разберем непосредственно, как сделать простейшую биогазовую установку своими руками. Фактически все подготовительные работы завершены, биореактор сооружен и заполнен биомассой.

Остается смонтировать купольный участок. Вверху купола монтируется труба, обеспечивающая отвод газа. Через нее биогаз подается в газгольдер.

В реакторе тоже имеется свободное пространство, в котором фактически будет храниться определенный объем газа. Но, это не может обеспечить безопасность эксплуатации.

Нужно постоянно расходовать газ, в противном случае давление достигнет граничной отметки, и произойдет взрыв. Поэтому обязательно монтируется газгольдер. При необходимости газом стоит заполнять подходящие емкости, чтобы избежать повышения давления.

Биореактор должен быть герметично закрыт. В противном случае газ будет попросту выходить в атмосферу. Для предотвращения попадания воздуха в газовую смесь, следует оснастить систему гидрозатвором. Он также обеспечит очистку газа.

В конструкции нужно обязательно сделать спусковой клапан. Он должен автоматически срабатывать при превышении допустимого уровня давления.

Как подогревать биореактор?

В субстрате постоянно присутствуют бактерии, генерирующие газ. Но, чтобы они интенсивно размножались температура среды должна быть не ниже 38°С.

Следовательно, биореактор нужно подогревать, особенно зимой. Можно установить змеевик, подключенный к бытовой отопительной системе.

Другой способ – установка электрических нагревательных элементов. Но, более экономически целесообразным решением является именно подключение к отопительной системе.

Самый простой вариант – обустройство подогрева снизу путем прокладки отопительной трубы. Однако КПД такого теплообменника будет сравнительно невысоким.

Биогазовую установку можно и не делать подземной. Существуют альтернативные методы. К примеру, ее можно выполнить в бочке, которая будет находиться в отдельном помещении.

Можно использовать и, например, цистерну. Такой вариант упростит подогрев, но требует наличия достаточно пространства.