Bioplinska postrojenja u inozemstvu. Alternativno grijanje - bioplin Kineska bioplinska postrojenja za dom


Bioplin je izvrsna alternativa standard lož ulja. Članak sadrži informacije o povijesti korištenja bioplina i preporuke za izradu vlastitog bioplinskog postrojenja.

Među važnim sastavnicama našeg života veliki značaj imaju energente čije cijene rastu gotovo svaki mjesec. Svaka zimska sezona napravi rupu u obiteljskim proračunima, tjerajući ih na troškove grijanja, a time i goriva za grijanje kotlova i peći.

Ali što da radimo, jer struja, plin, ugljen ili ogrjev koštaju, a što su naši domovi udaljeniji od glavnih energetskih magistrala, to će njihovo grijanje biti skuplje. U međuvremenu, alternativno grijanje, neovisno o dobavljačima i tarifama, može se graditi na bioplin za čiju proizvodnju nisu potrebna geološka istraživanja, bušenje bunara ili skupa crpna oprema.

Bioplin se može dobiti praktički kod kuće, uz minimalne, brzo nadoknađene troškove - puno informacija o ovom pitanju pronaći ćete u našem članku.

Grijanje na bioplin

Priča

Interes za zapaljivi plin koji nastaje u močvarama u topla sezona godine, nastao među našim dalekim precima - napredne kulture Indije, Kine, Perzije i Asirije eksperimentirale su s bioplinom prije više od 3 tisuće godina.

U istim davnim vremenima, u plemenskoj Europi, Alemanski Švabi primijetili su da plin koji se oslobađa u močvarama dobro gori - koristili su ga za grijanje svojih koliba, opskrbljujući ih plinom kroz kožne cijevi i spaljujući ih u ognjištima. Švabe su bioplin smatrali “dahom zmajeva” za koje su vjerovali da žive u močvarama.

Stoljećima i tisućljećima kasnije bioplin je doživio svoje drugo otkriće - u 17. i 18. stoljeću na njega su odmah obratila pažnju dva europska znanstvenika.

Slavni kemičar svoga vremena Jan Baptista van Helmont utvrdio je da se razgradnjom bilo koje biomase proizvodi zapaljivi plin, a slavni fizičar i kemičar Alessandro Volta uspostavio je izravnu vezu između količine biomase u kojoj se odvijaju procesi razgradnje i količine oslobođenog bioplina.

Godine 1804. engleski kemičar John Dalton otkrio je formulu metana, a četiri godine kasnije Englez Humphry Davy otkrio ga je kao dio močvarnog plina.

Lijevo: Jan Baptista van Helmont. Desno: Alessandro Volta

Zanimanje za praktičnu primjenu bioplina javilo se razvojem plinske ulične rasvjete – krajem 19. stoljeća ulice jednog okruga engleskog grada Exetera osvijetljene su plinom dobivenim iz kanalizacijskog kolektora.

Formula metana


U 20. stoljeću potražnja za energijom izazvana Drugim svjetskim ratom natjerala je Europljane da potraže alternativne izvore energije. Bioplinska postrojenja, u kojima se plin proizvodio iz stajnjaka, raširena su u Njemačkoj i Francuskoj, a dijelom iu istočnoj Europi.

Međutim, nakon pobjede zemalja antihitlerovske koalicije, bioplin je zaboravljen - električna energija, prirodni plin i naftni derivati ​​u potpunosti su pokrivali potrebe industrije i stanovništva.

U SSSR-u se tehnologija za proizvodnju bioplina razmatrala uglavnom s akademskog gledišta i nije se smatralo traženom.

Danas odnos prema alternativni izvori energija dramatično promijenila - postali su zanimljivi, budući da cijena konvencionalnih nositelja energije raste iz godine u godinu.

Bioplin je u svojoj srži pravi način da izbjegnete tarife i troškove za klasične energente, da dobijete vlastiti izvor goriva, za bilo koju namjenu iu dovoljnim količinama.

Najveći broj bioplinskih postrojenja stvoren je i radi u Kini: 40 milijuna srednjih i mala snaga, količina proizvedenog metana je oko 27 milijardi m3 godišnje.

Bioplin - što je to

Ovo je plinska smjesa koja se uglavnom sastoji od metana (sadržaj od 50 do 85%), ugljičnog dioksida (sadržaj od 15 do 50%) i drugih plinova u znatno manjim postocima. Bioplin proizvodi tim iz tri vrste Bakterije koje se hrane biomasom - hidrolitičke bakterije koje proizvode hranu za bakterije koje stvaraju kiselinu, a one zauzvrat osiguravaju hranu za bakterije koje proizvode metan i koje stvaraju bioplin.

Kemijski sastav bioplina

Fermentacija originala organski materijal(na primjer, gnoj), čiji će proizvod biti bioplin, prolazi bez pristupa vanjskoj atmosferi i naziva se anaerobnim.

Drugi produkt takve fermentacije, kompostni humus, dobro je poznat ruralnom stanovništvu, koje njime gnoje polja i povrtnjake, ali oni proizvedeni u hrpe komposta bioplin i Termalna energija obično se ne koristi - i uzalud!

Koji čimbenici određuju prinos bioplina s većim udjelom metana?

Prije svega, to ovisi o temperaturi. Što je temperatura okoline viša, to je veća aktivnost bakterija koje fermentiraju organsku tvar;

Zbog toga je proizvodnja bioplina najčešća u zemljama Afrike i Azije, koje se nalaze u suptropskim i tropskim krajevima. U ruskoj klimi dobivanje bioplina i potpuno prelazak na njega kao alternativno gorivo zahtijevat će toplinsku izolaciju bioreaktora i uvođenje tople vode u masu organske tvari kada temperatura vanjske atmosfere padne ispod nule.

Organski materijal smješten u bioreaktor mora biti biološki razgradiv, u njega se mora unijeti značajna količina vode – do 90% mase organske tvari. Važna točka postojat će neutralnost organskog okoliša, odsutnost u svom sastavu komponenti koje sprječavaju razvoj bakterija, kao što su sredstva za čišćenje i deterdženti, te bilo koji antibiotici.

Bioplin se može dobiti iz gotovo svakog otpada iz kućanstva i biljnog porijekla, otpadne vode, gnojivo itd.

Proces anaerobne fermentacije organske tvari najbolje funkcionira kada je pH vrijednost u rasponu od 6,8–8,0 - visoka kiselost će usporiti stvaranje bioplina, jer će bakterije biti zauzete trošenjem kiselina i proizvodnjom ugljičnog dioksida, koji neutralizira kiselost.

Omjer dušika i ugljika u bioreaktoru mora biti izračunat kao 1 prema 30 - u tom slučaju će bakterije dobiti onoliko ugljičnog dioksida koliko im je potrebno, a sadržaj metana u bioplinu bit će najveći.

Najbolji prinos bioplina s dovoljno visokim udjelom metana postiže se ako je temperatura u fermentabilnoj organskoj tvari u rasponu od 32–35 °C, s nižim i višim vrijednostima u bioplinupovećava se sadržaj ugljičnog dioksida, smanjuje se njegova kvaliteta.

Bakterije koje proizvode metan dijele se u tri skupine: psihrofilne, učinkovite na temperaturama od +5 do +20 °C; mezofilni, njihov temperaturni raspon je od +30 do +42 ° C; termofilni, koji rade u načinu rada od +54 do +56 °C. Za potrošače bioplina od najvećeg interesa su mezofilne i termofilne bakterije koje fermentiraju organsku tvar uz veći prinos plina.

Mezofilna fermentacija manje je osjetljiva na temperaturne promjene od nekoliko stupnjeva od optimalnog temperaturnog raspona i zahtijeva manje energije za zagrijavanje organskog materijala u bioreaktoru.

Njegovi nedostaci, u usporedbi s termofilnom fermentacijom, su manji prinos plina, duži period potpune obrade organskog supstrata (oko 25 dana), nastali razgrađeni organski materijal može sadržavati štetnu floru, budući da niska temperatura u bioreaktoru ne osigurava 100% sterilnost.

Podizanje i održavanje temperature unutar reaktora na razini prihvatljivoj za termofilne bakterije osigurat će najveći prinos bioplina, potpuna fermentacija organske tvari odvijat će se za 12 dana, produkti razgradnje organskog supstrata potpuno su sterilni.

Negativne karakteristike: izlazak izvan temperaturnog raspona prihvatljivog za termofilne bakterije za 2 stupnja smanjit će prinos plina; velika potreba za grijanjem, kao rezultat - značajni troškovi energije.

Sadržaj bioreaktora mora se promiješati dva puta dnevno, inače će se na njegovoj površini stvoriti kora koja će stvoriti prepreku bioplinu. Osim što ga eliminira, miješanje omogućuje izjednačavanje temperature i razine kiselosti unutar organske mase.

U bioreaktorima s kontinuiranim ciklusom, najveći prinos bioplina događa se uz istovremeni istovar organske tvari koja je prošla fermentaciju i učitavanje nove organske tvari u količini koja je jednaka neopterećenom volumenu.

U malim bioreaktorima, koji se obično koriste u poljoprivrednim gospodarstvima, svakodnevno je potrebno ekstrahirati i dodati organsku tvar u volumenu približno jednakom 5% unutarnjeg volumena komore za fermentaciju.

Prinos bioplina izravno ovisi o vrsti organskog supstrata koji se nalazi u bioreaktoru (prosječni podaci po kg težine suhog supstrata navedeni su u nastavku):

  • konjski gnoj proizvodi 0,27 m3 bioplina, udio metana 57%;
  • goveđi gnoj daje 0,3 m3 bioplina, udio metana 65%;
  • svježi stajnjak Goveda proizvode 0,05 m3 bioplina sa 68% udjela metana;
  • pileći gnoj - 0,5 m3, sadržaj metana u njemu bit će 60%;
  • svinjski gnoj - 0,57 m3, udio metana bit će 70%;
  • ovčji gnoj - 0,6 m3 sa sadržajem metana od 70%;
  • pšenična slama - 0,27 m3, sa 58% sadržaja metana;
  • kukuruzna slama - 0,45 m3, sadržaj metana 58%;
  • trava - 0,55 m3, sa 70% sadržaja metana;
  • drvno lišće - 0,27 m3, udio metana 58%;
  • masti - 1,3 m3, sadržaj metana 88%.

Bioplinska postrojenja

Ovi uređaji se sastoje od sljedećih glavnih elemenata - reaktora, lijevka za organsko punjenje, izlaza za bioplin i lijevka za istovar fermentirane organske tvari.

Prema vrsti izvedbe, bioplinska postrojenja su sljedećih tipova:

  • bez zagrijavanja i bez miješanja fermentirane organske tvari u reaktoru;
  • bez zagrijavanja, ali uz miješanje organske mase;
  • uz zagrijavanje i miješanje;
  • s grijanjem, miješanjem i uređajima koji omogućuju kontrolu i upravljanje procesom fermentacije.

Prvi tip bioplinskog postrojenja prikladan je za male farme i dizajniran je za psihrofilne bakterije: unutarnji volumen bioreaktora je 1-10 m3 (obrada 50-200 kg gnojiva dnevno), minimalna oprema, dobiveni bioplin nije pohranjeno - odmah ide onima koji ga konzumiraju Kućanski aparati.

Ova se postavka može koristiti samo u južne regije, dizajniran je za unutarnju temperaturu od 5–20 °C. Uklanjanje fermentirane organske tvari provodi se istovremeno s utovarom nove šarže; pošiljka se vrši u spremnik čiji volumen mora biti jednak ili veći od unutarnjeg volumena bioreaktora. U njoj se čuva sadržaj posude do unošenja u gnojeno tlo.

Dizajn drugog tipa također je dizajniran za male farme, njegova produktivnost je nešto veća od bioplinskih postrojenja prvog tipa - oprema uključuje uređaj za miješanje s ručnim ili mehaničkim pogonom.

Treći tip bioplinskih postrojenja opremljen je, osim uređajem za miješanje, i prisilnim grijanjem bioreaktora, dok kotao za grijanje vode radi na alternativno gorivo proizvedeno u bioplinskom postrojenju. Proizvodnju metana u takvim postrojenjima provode mezofilne i termofilne bakterije, ovisno o intenzitetu zagrijavanja i razini temperature u reaktoru.

Shematski prikaz bioplinskog postrojenja: 1 - grijanje supstrata; 2 - grlo za punjenje; 3 - kapacitet bioreaktora; 4 - ručna miješalica; 5 - spremnik za skupljanje kondenzata; 6 - plinski ventil; 7 - spremnik za prerađenu masu; 8 - sigurnosni ventil; 9 - filtar; 10 - plinski kotao; 11 - plinski ventil; 12 - potrošači plina; 13 - vodena brtva

Posljednji tip bioplinskih postrojenja je najsloženiji i dizajniran je za više potrošača bioplina; dizajn postrojenja uključuje električni kontaktni manometar, sigurnosni ventil, toplovodni kotao, kompresor (pneumatsko miješanje organske tvari), prijemnik, spremnik plina, reduktor plina i ispust za utovar bioplina u transport. Ove instalacije rade kontinuirano, omogućuju postavljanje bilo kojeg od tri temperaturna stanja zahvaljujući precizno podesivom grijanju, a izbor bioplina se vrši automatski.

DIY bioplinsko postrojenje

Kalorijska vrijednost bioplina proizvedenog u bioplinskim postrojenjima iznosi približno 5.500 kcal/m3, što je nešto niže od kalorijske vrijednosti prirodnog plina (7.000 kcal/m3). Za grijanje 50 m2 stambenog objekta i korištenje plinski štednjak s četiri plamenika prosječno je potrebno 4 m3 bioplina po satu.

U ponudi na ruskom tržištu industrijske instalacije za proizvodnju bioplina trošak od 200.000 rubalja. - unatoč naizgled visokoj cijeni, vrijedi napomenuti da su ove instalacije precizno izračunate prema volumenu napunjenog organskog supstrata i pokrivene su jamstvom proizvođača.

Ako želite sami napraviti bioplinsko postrojenje, daljnje informacije su za vas!

Oblik bioreaktora

Najbolji oblik za njega bio bi ovalan (jajoliki), ali izgraditi takav reaktor je izuzetno teško. Lakše je konstruirati bioreaktor cilindričnog oblika, čiji su gornji i donji dijelovi izvedeni u obliku stošca ili polukruga.

Kvadratni ili pravokutni reaktori od cigle ili betona bit će neučinkoviti, jer će se u kutovima s vremenom stvoriti pukotine uzrokovane pritiskom podloge, au njima će se nakupljati i stvrdnuti organski fragmenti koji će ometati proces fermentacije.

Čelični spremnici bioreaktora su hermetički zatvoreni, otporni na visoki tlak i nije ih teško izgraditi. Nedostatak im je slaba otpornost na hrđu; na unutarnje stijenke potrebno je nanijeti zaštitni premaz, na primjer smolu. Vanjska površina čeličnog bioreaktora mora biti temeljito očišćena i obojana u dva sloja.

Kontejneri bioreaktora izrađeni od betona, opeke ili kamena moraju biti pažljivo obloženi s unutarnje strane slojem smole koji može osigurati njihovu učinkovitu vodo- i plinonepropusnost, izdržati temperature od oko 60 °C, te agresivnost sumporovodika i organskih kiselina.

Osim smole za zaštitu unutarnje površine reaktor, možete koristiti parafin razrijeđen s 4% motornog ulja (novo) ili kerozina i zagrijan na 120–150 ° C - površine bioreaktora moraju se zagrijati plamenikom prije nanošenja parafinskog sloja na njih.

Prilikom izrade bioreaktora možete koristiti plastične posude koje nisu osjetljive na hrđu, već samo čvrste s dovoljno čvrstim stijenkama. Meka plastika može se koristiti samo u toploj sezoni, jer će s početkom hladnog vremena biti teško pričvrstiti izolaciju na njega, a njegovi zidovi nisu dovoljno jaki. Plastični bioreaktori mogu se koristiti samo za psihofilnu fermentaciju organske tvari.

Lokacija bioreaktora

Njegovo postavljanje planira se ovisno o slobodnom prostoru na gradilištu, udaljenosti od stambenih zgrada, lokaciji otpada i životinja itd. Planiranje prizemnog, potpuno ili djelomično uronjenog bioreaktora ovisi o razini podzemne vode, pogodnost unosa i izlaza organskog supstrata u spremnik reaktora.

Optimalno bi bilo postaviti reaktorsku posudu ispod razine tla – postižu se uštede na opremi za unošenje organskog supstrata, značajno se povećava toplinska izolacija, za što se može koristiti jeftini materijali(slama, glina).

Bioreaktorska oprema

Spremnik reaktora mora biti opremljen otvorom koji se može koristiti za obavljanje radova popravka i održavanja. Između tijela bioreaktora i poklopca grotla potrebno je postaviti gumenu brtvu ili sloj brtvila. Opcionalno je, ali izuzetno praktično, opremiti bioreaktor senzorom temperature, unutarnji pritisak i nivo organskog supstrata.

Toplinska izolacija bioreaktora

Njegov nedostatak neće omogućiti rad bioplinskog postrojenja tijekom cijele godine, samo po toplom vremenu. Za izolaciju ukopanog ili poluukopanog bioreaktora koristi se glina, slama, suhi stajnjak i troska. Izolacija se polaže u slojevima - kod ugradnje ukopanog reaktora jama se prekriva slojem PVC folije koja onemogućuje izravan kontakt termoizolacijski materijal sa zemljom.

Prije ugradnje bioreaktora, na dno jame se sipa slama, na nju se stavlja sloj gline, zatim se postavlja bioreaktor. Nakon toga se sve slobodne površine između spremnika reaktora i jame obložene PVC folijom pune slamom gotovo do kraja spremnika, a na vrh se izlije sloj gline pomiješan s troskom debljine 300 mm.

Promjer cijevi za utovar i istovar iz bioreaktora mora biti najmanje 300 mm, inače će se začepiti. Kako bi se održali anaerobni uvjeti unutar reaktora, svaki od njih trebao bi biti opremljen vijčanim ili poluokretnim ventilima. Zapremina bunkera za dovod organske tvari, ovisno o vrsti bioplinskog postrojenja, treba biti jednaka dnevnoj količini ulaznih sirovina.

Dovodni lijevak trebao bi se nalaziti na sunčanoj strani bioreaktora, jer će to povećati temperaturu u unesenom organskom supstratu, ubrzavajući procese fermentacije. Ako je bioplinsko postrojenje spojeno izravno na farmu, tada bunker treba postaviti ispod njegove konstrukcije tako da organski supstrat ulazi u njega pod utjecajem gravitacije.

Cjevovodi za utovar i istovar organskog supstrata trebali bi se nalaziti na suprotnim stranama bioreaktora - u tom će slučaju ulazne sirovine biti ravnomjerno raspoređene, a fermentirana organska tvar lako će se ukloniti pod utjecajem gravitacijskih sila i mase. svježeg supstrata.

Rupe i postavljanje cjevovoda za utovar i istovar organske tvari potrebno je dovršiti prije ugradnje bioreaktora na mjesto ugradnje i prije postavljanja slojeva toplinske izolacije na njega. Nepropusnost unutarnjeg volumena bioreaktora postiže se činjenicom da su ulazi cijevi smješteni pod oštrim kutom, dok je razina tekućine unutar reaktora viša od ulaznih točaka cijevi - hidraulička brtva blokira pristup zraka.

Najlakši način unošenja novog i uklanjanja fermentiranog organskog materijala je po principu preljeva, tj. podizanjem razine organske tvari unutar reaktora prilikom unošenja novog dijela supstrat će se ukloniti kroz istovarnu cijev u volumenu jednakom volumenu reaktora. uvedeni materijal.

Ako je potrebno brzo učitavanje organske tvari, a učinkovitost unošenja materijala gravitacijom je niska zbog nesavršenosti reljefa, bit će potrebna ugradnja pumpi. Postoje dvije metode: suha, u kojoj je pumpa instalirana unutar cijevi za punjenje i organski materijal ulazi u pumpu kroz okomita cijev, pumpan njime; mokri, kod kojih je pumpa ugrađena u utovarni lijevak, njen pogon se vrši pomoću motora, također ugrađenog u lijevka (u neprobojnom kućištu) ili preko osovine, dok je motor ugrađen izvan lijevka.

Kako skupljati bioplin

Ovaj sustav uključuje plinovod koji distribuira plin do potrošača, zaporni ventili, spremnici za skupljanje kondenzata, sigurnosni ventil, prijemnik, kompresor, plinski filtar, držač plina i uređaji za potrošnju plina. Sustav se instalira tek nakon kompletna instalacija bioreaktor na lokaciji.

Na najvišoj točki reaktora nalazi se izlaz za skupljanje bioplina; sigurnosni ventil i vodena brtva - spremnik s vodom, u koji je ulaz plinovoda napravljen ispod razine vode, izlaz - iznad (cijev plinovoda ispred vodene brtve treba biti savijena tako da voda ne prodre u reaktor), koji neće dopustiti kretanje plina u suprotnom smjeru.

Bioplin nastao fermentacijom organskog supstrata sadrži znatnu količinu vodene pare koja stvara kondenzat uz stijenke plinovoda i u nekim slučajevima blokira dotok plina do potrošača.

Budući da je plinovod teško izgraditi tako da cijelom dužinom prema reaktoru postoji nagib, gdje bi tekao kondenzat, potrebno je postaviti vodene zatvarače u obliku spremnika s vodom u svakom njegovom dnu. odjeljci. Tijekom rada bioplinskog postrojenja povremeno je potrebno ukloniti dio vode iz njih, inače će njezina razina potpuno blokirati protok plina.

Plinovod mora biti izgrađen od cijevi istog promjera i iste vrste, svi ventili i elementi sustava također moraju biti istog promjera. Čelične cijevi promjera od 12 do 18 mm primjenjivi su za bioplinska postrojenja male i srednje snage, protok bioplina koji se dovodi kroz cijevi ovih promjera ne smije biti veći od 1 m3/h (pri protoku od 0,5 m3/h, korištenje cijevi promjera 12 mm po duljini nije dopušteno preko 60 m).

Isti uvjet vrijedi i za korištenje plastičnih cijevi u plinovodu; osim toga, te cijevi moraju biti položene 250 mm ispod razine tla, jer je njihova plastika osjetljiva na sunčeva svjetlost a gubi čvrstoću pod utjecajem sunčevog zračenja.

Prilikom polaganja plinovoda potrebno je pažljivo osigurati da nema curenja i da su spojevi nepropusni za plin - provjera se provodi otopinom sapuna.

Filter plina

Bioplin sadrži malu količinu sumporovodika, čija kombinacija s vodom stvara kiselinu koja aktivno nagriza metal - zbog toga se nefiltrirani bioplin ne može koristiti za motore s unutarnjim izgaranjem. U međuvremenu, sumporovodik se može ukloniti iz plina pomoću jednostavnog filtera - komada od 300 mm plinska cijev ispunjen suhom mješavinom metalnih i drvenih strugotina.

Nakon svakih 2000 m3 bioplina koji prođe kroz takav filter, potrebno je izvući njegov sadržaj i držati ga na otvorenom oko sat vremena - strugotine će biti potpuno očišćene od sumpora i mogu se ponovno koristiti.

Zaporne armature i ventili

U neposrednoj blizini bioreaktora postavlja se glavni plinski ventil, u plinovod treba umetnuti ventil za ispuštanje bioplina pod tlakom većim od 0,5 kg/cm2. Najbolji ventili za plinski sustav su kuglasti ventili s kromirana, slavine dizajnirane za vodoopskrbne sustave ne mogu se koristiti u plinskim sustavima. Kod svakog plinskog potrošača postoji instalacija kuglasti ventil potreban.

Mehaničko miješanje

Za bioreaktore malog volumena najprikladnije su miješalice s ručnim pogonom - jednostavne su konstrukcije i ne zahtijevaju posebne uvjete tijekom rada. Mješalica na mehanički pogon konstruirana je ovako - vodoravna ili okomita osovina postavljena unutar reaktora duž njegove središnje osi, na koju su pričvršćene lopatice, koje rotirajući pomiču mase organske tvari bogate bakterijama iz područja gdje se nalazi fermentirani supstrat. istovara do mjesta gdje se utovaruje svježa porcija.

Budite oprezni - mješalica se treba okretati samo u smjeru miješanja od područja istovara prema području punjenja; kretanje bakterija koje proizvode metan iz zrelog supstrata u novoprimljeni ubrzat će sazrijevanje organske tvari i proizvodnju bioplina; s visokim sadržajem metana.

Koliko često treba miješati organski supstrat u bioreaktoru? Učestalost je potrebno odrediti promatranjem, fokusirajući se na prinos bioplina - prečesto miješanje će poremetiti fermentaciju, jer će ometati aktivnost bakterija, osim toga, uzrokovat će oslobađanje neprerađene organske tvari. U prosjeku, vremenski razmak između miješanja trebao bi biti od 4 do 6 sati.

Zagrijavanje organskog supstrata u bioreaktoru

Bez grijanja, reaktor može proizvoditi bioplin samo u psihofilnom načinu rada, što rezultira manjom količinom proizvedenog plina i lošijom kvalitetom gnojiva nego u mezofilnom i termofilnom načinu rada na višoj temperaturi.

Podloga se može grijati na dva načina: grijanje parom; spajanje organske tvari s toplom vodom ili grijanje pomoću izmjenjivača topline u kojem cirkulira Vruća voda(ne miješa se s organskim materijalom).

Ozbiljan nedostatak parnog grijanja (izravnog grijanja) je potreba uključivanja sustava za proizvodnju pare u bioplinsko postrojenje, koji uključuje sustav za pročišćavanje vode od soli koja se nalazi u njoj.

Postrojenje za proizvodnju pare je korisno samo za stvarno velika postrojenja koja obrađuju velike količine supstrata, na primjer otpadne vode. Osim toga, grijanje s parom neće vam omogućiti točnu kontrolu temperature zagrijavanja organske tvari, kao rezultat, može se pregrijati.

Izmjenjivači topline smješteni unutar ili izvan bioreaktorskog postrojenja neizravno zagrijavaju organsku tvar unutar reaktora. Opciju grijanja preko poda (temelja) treba odmah odbaciti, jer to sprječava nakupljanje krutog sedimenta na dnu bioreaktora. Najbolja opcija bila bi umetanje izmjenjivača topline unutar reaktora, ali materijal koji ga tvori mora biti dovoljno čvrst i uspješno podnositi pritisak organske tvari prilikom miješanja.

Izmjenjivač topline veća površina Bolje će i ravnomjernije zagrijati organsku tvar, čime će se poboljšati proces fermentacije. Vanjsko grijanje, iako manje učinkovito zbog gubitka topline sa stijenki, privlačno je jer ništa unutar bioreaktora neće ometati kretanje supstrata.

Optimalna temperatura u izmjenjivaču topline trebala bi biti oko 60 °C; sami izmjenjivači topline izrađeni su u obliku radijatorskih dijelova, zavojnica i paralelno zavarenih cijevi. Održavanje temperature rashladne tekućine na 60 °C smanjit će opasnost od lijepljenja suspendiranih čestica na stijenke izmjenjivača topline, čije će nakupljanje značajno smanjiti prijenos topline. Optimalno mjesto za izmjenjivač topline je u blizini lopatica za miješanje; u ovom slučaju opasnost od taloženja organskih čestica na njegovoj površini je minimalna.

Cjevovod za grijanje bioreaktora projektiran je i opremljen slično klasičnom sustavu grijanja, odnosno moraju biti ispunjeni uvjeti povratka ohlađene vode u najnižu točku sustava, a na najvišim točkama potrebni su ventili za ispuštanje zraka. Temperatura organske mase unutar bioreaktora kontrolira se termometrom, kojim bi reaktor trebao biti opremljen.

Spremnici plina za prikupljanje bioplina

Uz stalnu potrošnju plina, za njima nema potrebe, osim ako se njima ne može izjednačiti tlak plina, što će značajno poboljšati proces izgaranja. Za bioreaktorska postrojenja niskog kapaciteta, kao držači plina prikladne su automobilske komore velikog volumena koje se mogu paralelno spojiti.

Ozbiljniji plinski spremnici, čelični ili plastični, odabiru se za određenu instalaciju bioreaktora - u najbolja opcija Spremnik plina mora primiti dnevnu proizvodnju bioplina. Potreban kapacitet plinskog spremnika ovisi o njegovoj vrsti i tlaku za koji je projektiran, u pravilu je njegov volumen 1/5...1/3 unutarnjeg volumena bioreaktora.

Čelični spremnik plina. Postoje tri vrste čeličnih plinskih spremnika: niski pritisak, od 0,01 do 0,05 kg/cm2; prosječno, od 8 do 10 kg / cm2; visoka, do 200 kg/cm2. Nije praktično koristiti niskotlačne čelične spremnike za plin; bolje ih je zamijeniti plastičnim spremnicima za plin - oni su skupi i primjenjivi su samo ako postoji značajna udaljenost između bioplinskog postrojenja i potrošačkih uređaja.

Niskotlačni plinski spremnici koriste se uglavnom za izjednačavanje razlike između dnevne proizvodnje bioplina i njegove stvarne potrošnje.

U čeličnim plinskim spremnicima srednjeg i visokotlačni bioplin se pumpa kompresorom; koriste se samo u bioreaktorima srednje i velike snage.

Spremnici plina moraju biti opremljeni sljedećim kontrolno-mjernim uređajima: sigurnosnim ventilom, vodenom brtvom, reduktorom tlaka i manometrom. Čelični spremnici plina moraju biti uzemljeni!Objavljeno

Ako imate bilo kakvih pitanja o ovoj temi, postavite ih stručnjacima i čitateljima našeg projekta.

Važnost bioplinskih postrojenja za dom raste svake godine. Rastuće cijene električne energije i prirodnog plina potiču ljude na potragu za novim izvorima energije. Bioplin je učinkovita i jeftina zamjena za tradicionalne izvore energije.

Od čega se dobiva bioplin?

Bioplin se proizvodi iz organskog otpada, u velike količine akumulirano tijekom držanja domaćinstva, uzgoja peradi i životinja. Sirovine koje se koriste su stajski gnoj krupne i male stoke, ptičji izmet, silaža, klaonički otpad, pokvarena žita, masti, otpad od hrane, komine, sirutke, vrškova repe, ostatka slada itd. Većina navedenih vrsta sirovina može se međusobno miješati.

Proces proizvodnje bioplina kod kuće

Proces proizvodnje bioplina koristi fermentaciju biomase životinjskog i biljnog podrijetla u anaerobnim (bez zraka) uvjetima. Organski otpad pod takvim uvjetima emitira mješavinu plinova, u kojoj metan zauzima više od 50%, ugljični dioksid - 35%, preostalih 15% - dušik, sumporovodik itd. Osim dobivanja besplatnog goriva, proces obrade otpada omogućuje proizvodnja visokokvalitetnih biognojiva kao nusproizvoda.

Video: princip rada bioplinskog postrojenja

U inozemstvu su se kućna bioplinska postrojenja pojavila davno. U Kini ih je više od 12 milijuna zaposleno na poljoprivrednim gospodarstvima. Bioplinska postrojenja su također raširena u Europi. Udio korištenja bioplina u Švedskoj i Austriji je oko 20%.
Obično se u takvim instalacijama koristi šaržno punjenje. U tom slučaju, reaktor je potpuno ispunjen sirovinama, koje su u potpunosti proizvedene tijekom procesa fermentacije.
Domaća bioplinska postrojenja imaju prilično nizak prinos bioplina tijekom fermentacije sirovina, tako da se obično isplate tek u roku od 3-5 godina. Profesionalne mini-instalacije na bioplin mogu nadoknaditi troškove za godinu i pol.
Na učinkovitost korištenja bioplinskih postrojenja utječu klimatski uvjeti i dostatnost sirovina. Profesionalne instalacije dizajnirani su uzimajući u obzir ove čimbenike, stoga su ekonomičniji i mogu se koristiti u različitim klimatskim uvjetima.

Opis običnog kućnog bioplinskog postrojenja

Najpopularnije instalacije sastoje se od reaktora u obliku kupole i prostora za istovar. Plin se skuplja u gornjem dijelu reaktora u obliku kupole. Nakon utovara novog dijela otpada, dobiveni biohumus od prerade sirovina posebnim kanalom ulazi u prostor za istovar (kompenzaciju). Pritisak na fermentirajuću masu raste proporcionalno količini proizvedenog plina i postupno gura prerađene sirovine u kompenzacijsko područje.
Za učinkovitu upotrebu Takva instalacija zahtijeva toplu klimu, tako da nisu široko rasprostranjene u Rusiji. Za hladnu klimu koriste se profesionalna bioplinska postrojenja izgrađena posebnom tehnologijom.

Proizvodnja električne i toplinske energije

Kogeneracijske elektrane koriste se za proizvodnju električne i toplinske energije iz bioplina. Glavna prednost ovakvih elektrana je korištenje toplinske energije koja u normalnim uvjetima izlazi u atmosferu s dimnim plinovima. Omogućuje značajnu uštedu goriva. Vrste kogeneracijskih elektrana: klipne (češće) i turbinske.

Prednosti bioplinskih postrojenja za dom

  • značajno smanjenje troškova kupnje tradicionalnih izvora energije;
  • uštede na zbrinjavanju otpada;
  • povećanje prinosa zbog upotrebe dobivenih biognojiva;
  • ušteda novca korištenjem biognojiva umjesto mineralnih;
  • mogućnost uštede na zbrinjavanju otpada;
  • prihod od prodaje viška biognojiva;
  • poboljšanje ekološke i sanitarne situacije preradom otpada iz stočarske industrije.

Bioplin je obnovljiv i ekološki prihvatljiv izvor energije koji ima velike izglede u uvjetima rastućih troškova energije i pogoršanja okolišnih uvjeta.


5.3. Struja.
5.4. Vermikompost.
6. Skladištenje proizvoda proizvedenih u bioplinskom postrojenju.
7. Gdje početi.
8. Mi to radimo sami.
8.1. "kineska" jama.
8.2. Fleksibilni fermentor.
8.3. Instalacija za "sve vremenske prilike".
9. Industrijske strukture.

Odabrao sam ovaj naziv za opisani dizajn jer se vrlo često u literaturi o bioplinu spominje takav dizajn koji se koristio prije tisuću godina u Kini. Naravno, ispravnije bi bilo nazvati ga „podzemno bioplinsko postrojenje za toplo tlo».

Ovaj dizajn je značajan po tome što u njemu nema pokretnih dijelova, a sirovine se po njemu kreću gravitacijom. Struktura se sastoji od ulazne cijevi, zatvorene reaktorske jame, izlazne cijevi za bioplin, izlazne cijevi za mulj i međuspremnika mulja.

Sirovine teku kroz žljebove do gornjeg otvora ulazne cijevi. Obično se koristi tekući gnoj (mješavina gnoja i urina) ispušten iz obližnje štale za kućne ljubimce ili WC-a. Naravno, visina takvih skupljača fekalija je nešto veća od visine grla prihvatne cijevi, tako da fekalije slobodno teku u prihvatnu cijev. Ulazna cijev se koso spušta u zemlju i ulazi u stijenku reaktora ispod razine podloge u reaktoru. Rezultat je hidraulička brtva koja dopušta svježi supstrat u reaktor, ali ne ispušta bioplin. Naravno, dio bioplina koji se stvara u debljini supstrata točno ispod ulaznog otvora u zidu reaktora, dižući se prema gore, ulazi u ovaj otvor, kreće se dalje duž ulazne cijevi i isparava u zrak. Ali ti se gubici mogu zanemariti. Izlazna cijev izlazi iz suprotne stijenke reaktora gotovo od samog dna i koso se diže. Na vrhu ulazi odozdo u spremnik u obliku paralelopipeda otvoren na vrhu. Gornji rubovi ovog spremnika trebaju biti smješteni ispod grla ulazne cijevi. Odvod za "hitne slučajeve" mora se položiti iz ovog spremnika u niže ležeću lagunu ili jamu. Reaktor je u donjem dijelu cilindričnog oblika, a vrh reaktora izveden je u obliku kupole-polukugle. Iz vrha kupole izlazi cijev za uklanjanje bioplina.

Zidovi cijevi, reaktora i međuspremnika moraju biti ojačani kako se ne bi urušili pod pritiskom tla ili podloge i ne smiju dopustiti prolazak podloge. Gornji dio Kupola reaktora mora biti napravljena tako da bioplin ne curi kroz nju. Ranije se to radilo od cigle, morta i posebne žbuke. Danas se obično koriste beton i polimeri.

Veličina (volumen) reaktora odabire se u skladu s volumenom dnevnog fekalnog otpada. Ovaj volumen također ovisi o temperaturi. Ako temperatura tla oko reaktora ne padne ispod 30° C, tada će se unutar reaktora dogoditi anaerobna fermentacija u mezofilnom načinu. Trajanje ciklusa takve fermentacije je dva do četiri tjedna. Prema tome, volumen reaktora trebao bi biti veći od 14 dnevnih doza otpadne vode. Ako je temperatura u dubini zemlje 20-25 ° C, tada će doći do psihrofilne fermentacije. U tom slučaju volumen reaktora mora se udvostručiti.

Proces se odvija na sljedeći način:

Fekalni otpad teče niz ulaznu cijev u reaktor. U ovom slučaju, slična količina mulja diže se s dna reaktora i gura u međuspremnik kroz izlaznu cijev. Tijekom procesa fermentacije bioplin se oslobađa i diže ispod kupole reaktora. Ako kroz izlaznu cijev bioplina prema potrošaču teče manje plina nego što se proizvodi, tada se smanjuje razina supstrata u reaktoru, a u ulaznoj cijevi i međuspremniku raste. Tlak bioplina je postavljen razlikom u razinama u međuspremniku i reaktoru. U ovom slučaju, kupola reaktora može se konvencionalno nazvati držačem plina. Radni volumen ovog spremnika plina bit će jednak razlici volumena supstrata u reaktoru u gornjem i donjem položaju, u intervalu između kojih će tlak bioplina ležati unutar navedenih granica. Obično za različite plinski plamenici a kotlovi zahtijevaju tlak plina od 0,013-0,030 atm, odnosno 13-30 cm vodenog stupca. U principu, može se dopustiti tlak do 0,050 atm ako konstrukcija instalacije to može izdržati, jer se brzina istjecanja bioplina može podešavati pomoću ventila ili reduktora.

Budući da je gustoća supstrata bliska gustoći vode, možemo pretpostaviti da razlika u razinama u reaktoru i međuspremniku treba biti 13-50 cm.

Kako bi se osiguralo da tlak bioplina unutar reaktora ne prijeđe gornju granicu od 0,05 atm, potrebno je predvidjeti ventil koji ispušta bioplin ako njegov tlak prijeđe ovu vrijednost. Kao što razumijete, prije tisuću godina nije bilo automatskih mehaničkih ventila kalibriranih za određeni tlak. Ali problem ipak ima jednostavno rješenje. Gornji rez otvora koji povezuje ulaznu cijev s reaktorom napravljen je na visini od 50 cm ispod vrha stijenki međuspremnika. Zatim, kada se tlak bioplina poveća, razina supstrata u reaktoru se smanjuje, podižući razinu supstrata u međuspremniku. Višak supstrata se izlije iz međuspremnika. Kada razina supstrata unutar reaktora padne ispod gornjeg reza otvora ulazne cijevi, višak bioplina izlazi kroz ulaznu cijev.

Kako bi se izbjegla mogućnost ulaska supstrata u bioplinsku cijev, potrebno je da razina ispusta iz međuspremnika bude ispod točke izlaza bioplinske cijevi iz reaktora, odnosno ispod vrha kupole reaktora. Stoga je prikladno smjestiti takve podzemne reaktore na padinu kako bi se izbjegla nepotrebnost zemljani radovi.

Tijekom normalnog rada svakodnevno izvlačim mulj iz međuspremnika u količinama koje odgovaraju količini prihvaćenog fekalnog otpada. Mulj se koristi kao biognojivo.

Ovaj dizajn je prilično jednostavan i ne zahtijeva oskudne materijale. Ali radit će samo u toplim klimama. Čak i ako zidove takvog reaktora napravimo u obliku termosice kako bismo ih toplinski izolirali od okolnog tla, nećemo moći u potpunosti eliminirati odljev topline tijekom hladne sezone. Kada temperatura unutar reaktora padne ispod 200C, oslobađanje bioplina će praktički prestati.

Ovaj dizajn također ima nedostatak - pijesak ili drugi teški sediment postupno se nakuplja na dnu reaktora. Stoga se s vremena na vrijeme takav reaktor mora otvoriti i očistiti. Kao što i sami razumijete, prvo, to komplicira dizajn reaktora, a drugo, sam postupak čišćenja je vrlo prljav i radno intenzivan.

Pavel Severilov

Među industrijaliziranim zemljama, Danska zauzima vodeće mjesto u proizvodnji i korištenju bioplina. Bioplin proizveden u ovoj zemlji čini do 18% njezine ukupne energetske bilance. Njemačka u apsolutnom smislu zauzima vodeće mjesto po broju srednjih i velikih instalacija (oko 10.000).

U Italiji trenutno ne postoji vladin program za razvoj bioplinskih postrojenja, ali je talijanska elektroprivreda obvezna kupovati električnu energiju proizvedenu iz bioplina po cijeni 80% višoj od cijene za potrošače. U Austriji je do 1997. radilo 46 bioplinskih postrojenja pretežno farmskog tipa. U 1997. godini pušteno je u rad 10 farmskih postrojenja i 5 velikih. Planirano je povećanje broja bioplinskih postrojenja na 150. U Austriji ne postoji nacionalni program potpore izgradnji bioplinskih postrojenja, već njihovu izgradnju podupiru ministarstva poljoprivrede i okoliša. Financijsku potporu pružaju savezne poljoprivredne organizacije i banke.

U sjevernim regijama, radi uštede goriva, bioplinska postrojenja koriste mezofilni način rada, što povećava vrijeme zadržavanja i radni volumen reaktora. Primjer je dizajn bioplinskih postrojenja razvijen od strane AB Enbom (Finska), koja rade u uvjetima Laponije temperaturni uvjeti fermentacija 33°C.

Nedostatak europskog puta razvoja bioplinske energetike je nepostojanje zajamčene opskrbe proizvodnih objekata otpadom, što je propisano na zakonodavnoj razini. Slijedom toga, nakon povećanja broja pogonskih stanica i formiranja manjka otpada, troškovi pogona postrojenja naglo su porasli zbog povećanja troškova nabave otpada ili uzgoja biljnih tvari, kao i njihove dostave.

Velika većina bioplinskih stanica nakuplja neprerađeni otpad, što s jedne strane pogoršava situaciju ekološka situacija, s druge strane, dovodi do povećanja troškova za njihovo skladištenje i transport. No, u Europskoj uniji već su počele stupati na snagu izmjene zakona o otpadu koje obvezuju vlasnike bioplinskih postaja da fermentiranu masu prerađuju u gnojiva

U Indiji, Vijetnamu, Nepalu i drugim zemljama grade se mala (jednoobiteljska) bioplinska postrojenja. Plin koji se u njima proizvodi koristi se za kuhanje. U Indiji je od 1981. instalirano 3,8 milijuna malih bioplinskih postrojenja. Nepal ima program podrške razvoju bioplinske energije zahvaljujući kojem ruralna područja do kraja 2009. godine izgrađeno je 200 tisuća malih bioplinskih postrojenja.

Kina je trenutno svjetski lider u implementaciji tehnologija proizvodnje bioplina u ruralnim regijama. Više od 40 milijuna kineskih obitelji već je postavilo bioplinska postrojenja u svoje domove, a ta brojka raste za nekoliko milijuna godišnje. Ukupna proizvodnja bioplina iznosi 10,2 milijarde m3/god, što Kinu stavlja na prvo mjesto u svijetu po ovom pokazatelju. Osim toga, u Kini je izgrađeno 4000 velikih bioplinskih stanica koje rade na temelju otpada sa stočnih farmi, a udio poljoprivrednih poduzeća koja koriste bioplinske tehnologije je 52%

Kineske vlasti ozbiljno računaju na bioplin kao značajan izvor električne energije za ruralna područja. Dakle, ako će do kraja sedmogodišnjeg plana ukupni kapacitet kogeneracijskih postrojenja biti 5,5 GW, onda bi se do 2030. godine trebao povećati na 30 GW, odnosno 6 puta, što će u potpunosti opskrbiti stanovnike sela električnom i toplinskom energijom vlastitu proizvodnju.

Ali kineske instalacije imaju značajan nedostatak: trošak dobivenog proizvoda. Volumen reaktora kineskog postrojenja obično iznosi najmanje pet kubičnih metara. Drugi aspekt je visoka cijena sama instalacija. Troškovi se uglavnom troše na kopanje jame i proizvodnju velike količine cementare, instalirajte metalni kupolasti držač plina. Zbog činjenice da je željezna kupola spremnika za plin osjetljiva na koroziju, ova je oprema dizajnirana za rad samo 8 do 10 godina.

Zaključak

Moderne tehnologije recikliranje otpada ne miruje i postaje sve učinkovitije.

Bioplinska stanica rješava problem zbrinjavanja organskog otpada i pročišćavanja otpadnih voda, čime se minimaliziraju moguće kazne za prekršaje vezane uz skladištenje i uklanjanje stajskog gnoja. Korištenje bioplina ne samo da omogućuje značajno smanjenje troškova proizvodnje, nesmetanu opskrbu vlastite proizvodnje električnom i toplinskom energijom, već i mogućnost ostvarivanja dodatne dobiti od prodaje energije, topline i biognojiva. Korištenje biognojiva pomaže poboljšati kvalitetu tla i povećati prinose usjeva. Rezultat su ekološki prihvatljivi biljni i stočarski proizvodi te smanjenje ukupnog onečišćenja okoliša i obradivih površina.

Štedljiv vlasnik sanja o jeftinim izvorima energije, učinkovitom zbrinjavanju otpada i dobivanju gnojiva. Uradi sam kućno bioplinsko postrojenje jeftin je način da ostvarite svoj san.

Samostalna montaža takve opreme koštat će razumnu količinu novca, a proizvedeni plin bit će dobra pomoć u kućanstvu: može se koristiti za kuhanje, grijanje kuće i druge potrebe.

Pokušajmo razumjeti specifičnosti ove opreme, njegove prednosti i nedostatke. I također je li moguće sami izgraditi bioplinsko postrojenje i hoće li biti učinkovito.

Bioplin nastaje kao rezultat fermentacije biološkog supstrata. Razgrađuju ga hidrolitičke bakterije, bakterije koje stvaraju kiselinu i metan. Smjesa plinova koju proizvode bakterije je zapaljiva, jer sadrži veliki postotak metan

Njegova svojstva praktički se ne razlikuju od prirodnog plina koji se koristi za industrijske i kućanske potrebe.

Po želji svaki vlasnik kuće može kupiti bioplinsko postrojenje industrijske proizvodnje, ali ono je skupo, a investicija se isplati u roku od 7-10 godina. Stoga ima smisla uložiti napor i napraviti bioreaktor vlastitim rukama

Bioplin je ekološki prihvatljivo gorivo, a tehnologija njegove proizvodnje nema previše utjecaja okoliš. Štoviše, otpadni proizvodi koje je potrebno zbrinuti koriste se kao sirovine za bioplin.

Stavljaju se u bioreaktor, gdje se odvija obrada:

  • biomasa je neko vrijeme izložena bakterijama. Razdoblje fermentacije ovisi o volumenu sirovina;
  • Kao rezultat aktivnosti anaerobnih bakterija oslobađa se zapaljiva mješavina plinova koja uključuje metan (60%), ugljični dioksid (35%) i neke druge plinove (5%). Fermentacija također oslobađa potencijalno opasan sumporovodik u malim količinama. Otrovan je, pa je vrlo nepoželjno da mu ljudi budu izloženi;
  • smjesa plinova iz bioreaktora se pročišćava i dovodi u spremnik plina, gdje se skladišti do upotrebe za namjeravanu namjenu;
  • plin iz plinskog spremnika može se koristiti na isti način kao i prirodni plin. Ide na kućanske aparate - plinske peći, kotlovi za grijanje i tako dalje.;
  • Razgrađenu biomasu potrebno je redovito uklanjati iz fermentora. Ovo je dodatni rad, ali trud se isplati. Nakon fermentacije sirovina se pretvara u visokokvalitetno gnojivo koje se koristi na poljima i povrtnjacima.

Bioplinsko postrojenje je korisno za vlasnika privatne kuće samo ako ima stalan pristup otpadu sa stočnih farmi. U prosjeku od 1 kubičnog metra. Može se dobiti 70-80 kubika supstrata. bioplin, ali proizvodnja plina je neravnomjerna i ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući temperature biomase. To komplicira izračune.