Биогазовая установка: принцип работы, из чего получают газ

Основные правила и особенности строительства установки для получения биогаза из навоза. Принцип работы реактора, полезные советы и рекомендации специалистов.

Что это?

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза, используемого в бытовых газовых плитах и в качестве топлива для автомобилей.

Стандартная установка, состоит из следующих узлов и агрегатов:

  • Емкость накопитель, в которой накапливается используемое, для получения биогаза, сырье;
  • Миксеры и мельницы различной конструкции, делящие крупные фракции сырья на более мелкие;
  • Газгольдер, герметично закрываемая емкость, служащая накопителем получаемого газа;
  • Реактор, емкость или резервуар, в котором происходит процесс образования биотоплива;
  • Системы подачи сырья в реактор установки;
  • Система передачи получаемого топлива от реактора и газгольдера, далее на этапы обработки и преобразования в другие виды энергии;
  • Системы автоматики, защиты и контроля за процессами производства газа и продуктов его переработки.

что это

На выше приведенной схеме, условно показан технологический цикл производства биогаза с использованием жидкого и твердого сырья, с дальнейшей его переработкой и получением тепловой и электрической энергий.

Плюсы использования биотехнологий

Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.

Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.

Получение биогаза из навоза

Технология переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный источник тепловой энергии

Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.

Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.

Установка для переработки навоза в биогаз

В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации

При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.

Галерея изображений

Фото из

Фермерские хозяйства – основные поставщики сырья для получения биогаза

Получение и применение газообразного биотоплива

Строительство перерабатывающей установки своими руками

Готовая пластиковая емкость в устройстве биореактора

Когенерация с использованием биогаза и других специальных газов

  • Использование биогаза и прочих специальных газов позволяет создавать электроэнергию и тепло, при низких затратах на их производство, способствует охране окружающей среды и снижению вредных выбросов в атмосферу.
  • Биогаз может использоваться непосредственно на местности, с низким уровнем затрат, высоким уровнем экологичности.
  • Так как биогаз является одним из самых лучших видов топлива для когенерационных установок, PowerLink предлагает Заказчикам разработку данных установок согласно индивидуальных требований Заказчика.

Когенерация с использованием биогаза
Когенерация с использованием свалочного газа
Когенерация с использованием попутного нефтяного газа

Какие условия должна создавать биоустановка?

Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:

  • отсутствие притока кислорода (герметичность);
  • постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
  • регулируемый приток свежего материала;
  • регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
  • регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.

Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.

Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.

Благодаря тому, что биореактор работает на измельченной жиже, разведенной водой до влажности выше 97%, свежий материал подводят по трубам, оснащенным гидрозатвором или клапаном. Это исключает попадание внутрь воздуха и бесконтрольный выход выработанных газов.

Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.

Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.

Новинки в области переработки отходов.

Серьезной альтернативой мусоросжигающим монстрам в последние два десятилетия стали заводы-установки молекулярной диссоциации, функционирующие при невысоких температурах «тления». Разложение органических веществ происходит при температурах 350-450*С с ограниченной подачей кислорода(в закрытых реакторах). У таких установок нет трубы и соответственно нет никаких выбросов в атмосферу. Но описанием этих установок мы займемся в другой статье, а сейчас перейдем к самым распространённым и известным биогазовым установкам(БГУ).

Кому нужны биогазовые установки

В связи с тем, что современному человеку достаточно трудно обходиться без тепла и электричества, то биогазовые установки, которые являются агрегатами, производящими эти виды энергии, нужны всем и везде. Единственный фактор, который влияет на необходимость и возможность установки подобного агрегата в том или ином месте, это наличие достаточного количества органического сырья, необходимого для работы устройства.

К тому же, в наше время борьбы за чистоту окружающего мира, являясь экологически чистыми при производстве энергии и работающие на альтернативном топливе, данные установки, все более широко используются как в нашей стране, так и за ее пределами.

Поможем найти наилучшее решение для Вас

Новые когенерационные установки разработаны для локальной выработки энергии с высокой эффективностью с соблюдением высоких стандартов по выбросам, просты при монтаже, имеют возможность установки под открытым небом, размещения в шумозащищённом контейнере. Когенерационные установки подходят для таких отраслей и сфер промышленности, где необходимо возобновлять используемый газ, делая его полезным, из распределённой энергии эффективно получать тепло, а также на нефтяных месторождениях.

Когенерация с использованием биогаза и других специальных газовКогенерация с использованием биогаза и других специальных газов

Биогазовые установки

В настоящее время, наиболее распространенным способом переработки жидких отходов, являются установки биогаза. Даже в России, на агропромышленных предприятиях существует повальное увлечение установками биогаза. Дело в том, что многие владельцы или руководители ферм при помощи биогазовых установок предполагают решить проблемы утилизации отходов с одновременным получения тепла и электроэнергии, избавления от дурных запахов, создания удобрений. Например, в белгородской области хотят построить 160! установок биогаза, не понимая, что это такое. В этой статье мы рассмотрим устройство и функционирование двух определившихся на сегодня систем биогазовых установок на основе мезофильного и термофильного метанового сбраживания.

Следует также заметить, что в западных странах, где природный газ стоит 1000€/1000м3(для примера в России 40-50€/1000м3), биогазовые установки в первую очередь развиваются для производства альтернативной энергии(стоимость 1квт-ч = 0,28€), а не для переработки отходов. При такой высокой цене на электроэнергию существуют спекуляции «производителей» биогазовых установок, рассчитанные по методу капитализации и банковских процентов(возвратности инвестиций), а не по затратам на ее создание. В последние годы в Европе возник также фактор утилизации самой биогазовой установки, т.е. после окончания срока ее эксплуатации владелец обязан утилизировать её за свой счет.

Для утилизации метантенков из сборного/монолитного ЖБ предусмотрена банковская гарантия от владельца установки(фермера) на 100% стоимость утилизации бетона. Как правило срок существования гарантии берется 15 лет-после она продлевается, но никогда не исчезает. То же относится к метантенкам из никелированной стали. Метантенки из нержавеющей стали-срок эксплуатации-вечность, после окончания эксплуатации их можно сдать в металлолом и получить деньги. И  только, для метантенков из нержавеющей не требуют банковскую гарантию.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

При сравнении производства биогаза, служащего топливом для получения различных видов энергии, с другими видами получения альтернативной энергии, как то, солнечные электростанции и ветровые генераторы, то видно, что данные установки, обладают одним преимуществом, это способность работать, вне зависимости от внешних факторов (погода, сезонность и т.д.) в круглосуточном и круглогодичном циклах.
Еще один аспект использования биогазовых установок, как то, возможность использовать в полном объеме установленную мощность агрегатов, сопоставляет их с традиционными устройствами получения энергии (нефть, газ и т.д.) и гарантирует их использование в ближайшей и долгосрочной перспективах.

сравнение

Внутренняя энергия 1,0 м3 биогаза, сопоставима с:

  1. 0,6 м3 природного газа;
  2. 0,74 л нефти;
  3. 0,65 л дизельного топлива;
  4. 0,48 л бензина.

При сжигании 1,0 м3 биогаза выделяется 9,0 кВт тепловой энергии, что позволяет произвести до 1,5 кВт электрической энергии или обогреть помещение площадью до 80,0 м2 в течение нескольких часов.

Характеристики горючести биогаза и прочих горючих газов несколько разняться, для сравнения они приведены в ниже следующей таблице:

характеристики Газ
Единица измерения Биогаз Природный газ Пропан Метан
Теплота сгорания кВт*ч/м3 6,0 10,0 26,0 10,0
Плотность кг/м3 1,2 0,7 2,01 0,72
Соотношение плотности с воздухом кг/м3 0,9 0,54 1,51 0,55
Температура воспламенения 700 650 470 650
Скорость распространения пламени в воздухе м/с 0,25 0,39 0,42 0,37
Предел воспламенения пламени в воздухе % 6,0 – 12,0 5,0 – 15,0 2,0 – 10,0 5,0 – 15,0

Биогаз – это альтернативный вид топлива, постепенно завоевывающий рынок возобновляемых источников энергии в разных странах и на разных континентах нашей планеты.

Стандартная комплектация

Инженеры комплектуют механизмы разными по размерам. Производство зависит от необходимой мощности, что предстоит перерабатывать агрегату и выдавать в обмен. Установка стандартного вида состоит из следующих комплектующих:

  • накопительной ёмкости, в неё поступает материал для отработки
  • миксеров, мельниц конструктивно отличающихся друг от друга, они измельчают крупные сырьевые фрагменты
  • газгольдера, герметично закрытого, здесь накапливается газ
  • реактора в виде резервуара, где формируется биотопливо
  • приспособлений, подающих сырьё в ёмкость
  • установок, передающих полученное топливо из одних точек в другие для последующего преобразования
    автоматических систем, защищающих, контролирующих производственный процесс

Работа технологического цикла отработана до мельчайших деталей, чтобы облегчить человеку обслуживание агрегата в период переработки.

Принцип работы

Когда биореактор загружают в первый раз или после долгого простоя, то после загрузки первой партии субстрата количество бактерий в нем недостаточно для того, чтобы все процессы шли с необходимой скоростью.

Фото 7

Поэтому первые 5–15 дней (зависит от режима работы) происходит накопление субстрата и размножение населяющих его бактерий, которые постепенно приступают к переработке содержимого биореактора.

Переработка происходит в три этапа:

  • разложение помета/навоза, а также растительности на моносахариды и другие простые органические вещества (гидролиз);
  • образование кислот и кетонов (кислотообразование);
  • переработка уксусной кислоты и углекислого газа в метан (метанообразование).

Все процессы происходят благодаря определенным бактериям. Гидролизные выделяют определенные энзимы, расщепляющие органику и делающие ее пригодной для всасывания через клеточные стенки. Кислотообразующие бактерии впитывают результаты гидролиза и выделяют соответствующие вещества, которые, в свою очередь, служат питанием для метаногенов.

Несмотря на то, что в помете или навозе изначально содержатся все необходимые бактерии, активно размножаться и выполнять свою функцию они смогут лишь после создания подходящих условий.

Гидролизные бактерии не могут перерабатывать твердые вещества, а кислотообразующие начинают активно размножаться и функционировать только после того, как гидролизные бактерии обеспечат их подходящим питанием. Точно так же обстоит дело и с метанообразующими микроорганизмами.

Фото 8Когда все три типа микроорганизмов размножатся, а их численность достигнет необходимого значения, метантенк перейдет в активный режим работы.

После вливания в него новой порции субстрата происходит смешивание свежих и переработанных веществ, поэтому каждый вид бактерий получает необходимое ему питание.

Метаногены, потребляя продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, выделяют вещества, которые образуют сапропель.

Возбудители болезней и яйца/личинки глистов точно так же подвержены действию энзимов, которые расщепляют их на простые органические вещества. В результате этого процесса эти вредители погибают, после чего вода становится условно безопасной.

Кроме того, гидролизные бактерии расщепляют вещества, являющиеся причиной неприятного запаха навоза или помета, поэтому переработанная вода уже не обладает запахом исходного продукта.

Выделенный метаногенами биогаз скапливается в верхней части биореактора, откуда через реагирующий на определенное давление клапан поступает в основной газгольдер, а после по трубам движется к потребителям.

Если потребители долгое время отключены и давление в газгольдере достигло определенного значения, то запасенный газ поступает к установке сжижения, а затем в газгольдер для сжиженного газа.

Сфера применения

Цели переработки различаются у крупных производств и частных хозяйств.

Для частного дома

В частном хозяйстве, как правило, не находится достаточного количества органических отходов, чтобы обеспечить отопление жилого дома. Однако навоза одной коровы и пары свиней хватит, чтобы получить газ для отопления мест содержания животных и для кормоподготовки. Для сжигания используют газовые инфракрасные горелки.

Перебродившую массу распределяют по огороду или приусадебному хозяйству.

Для фермерского хозяйства

В фермерском хозяйстве полученного газа хватит для обогрева всех помещений газовыми котлами, которые безопаснее горелок и могут работать в круглосуточном режиме.

Стоимость заводских установок с генератором электроэнергии приближается в 1 млн. рублей, поэтому их редко приобретают.

Переработка навоза в перебродившую массу выгодна для фермера, так как снижает затраты на доставку получившегося удобрения на поля.

Для предприятия

Крупные сельхозпредприятия получают сырьё для биогазовых установок круглогодично.

Полученный биогаз используют для получения электроэнергии и топлива для котельных. Отходы гранулируют и распределяют по пашням. Часть предприятий изготавливают жидкие удобрения, которые поступают в продажу в небольших ёмкостях от 5 литров.

Одновременно с получением газа агрохолдинги решают проблему утилизации навоза и птичьего помёта.

Заправка установки

Для заправки нужны практически любые растительные отходы, в моем случае пару килограмм очисток от овощей, фруктов, также гнилые плоды.

Простая биогазовая установка своими руками

Все кидаем в бак.

Далее, для получения метанового брожения с выделением метана, нужно добавить органические отходы жизнедеятельности. В данном случае использовался 30-ти дневный навоз крупного рогатого скота. Общий объем навоза около 10 литров.

Простая биогазовая установка своими руками

Простая биогазовая установка своими руками

До объема бака 2/3 доливаем водой.

Простая биогазовая установка своими руками

Вот так выглядит заправленная биогазовая установка. Закрываем плотно крышку.

Простая биогазовая установка своими руками

Через 7 дней камера наполнилась природным газом.

Простая биогазовая установка своими руками

Написав нам письмо Вы сможете:

Получить консультацию по генераторам Узнать о дополнительных скидках и бонусах
Уточнить условия поставки в Ваш
регион
Узнать информацию о гарантии, сервисе и запасных частях

Использование газа

Пробуем зажечь.

Простая биогазовая установка своими руками

Подключаем газовую конфорку.

Простая биогазовая установка своими руками

Горит отлично.

Простая биогазовая установка своими руками

Можно приготовить пищу.

Простая биогазовая установка своими руками

При сгорании запаха практически нет.

Экология

На экологию существенно влияют скопления навоза, гниющей ботвы, бытового мусора и отходов сахарного производства. Испарения от них создают атмосферу для распространения болезнетворных микробов, которые могут вызвать заболевания у местного населения и домашних животных.

Внедрение установок, перерабатывающих отходы в горючий газ естественного происхождения, способствует улучшению экологической обстановки. Воздух обеззараживается, очищаются загрязнённые территории.

Биогазовая установка для предприятия

Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).

Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:

предприятия

Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:

  1. несколько ступеней очистки газа;
  2. подготовка газа перед подачей на переработку;
  3. охлаждение перед подачей на газогенератор;
  4. прочие системы, в зависимости от конструкции установки и видов используемого сырья.

Средние цены

В настоящее время, биогазовые установки изготавливаются рядом отечественных и зарубежных компаний.

Наиболее популярны среди различных групп пользователей, следующие модели, это:

  • Мини биогазовая установка БУГ-М, производства Россия. В комплект установки входит оборудование емкостью 1,0 м3 (100 л) перерабатываемого сырья и выходом готового продукта в виде биогаза в объеме 1,0 м3/сутки и удобрения – 100 л/сутки.
    Стоимость комплекта – от 170000,00 рублей.
  • Биогазовая установка «BioMash-20», производство Россия.

цены

Объем перерабатываемого сырья составляет 700,0 кг/сутки, при этом выход готового продукта составляет:

  1. Электрической энергии – до 20,0 кВт/час;
  2. Тепловой энергии – до 2,4 Гкал/сутки.
    Данная модель может быть использована на животноводческих фермах по содержанию до 12 голов крупного рогатого скота, 250 свиней или до 1200 птиц, различных видов. Стоимость комплекта оборудования – от 2000000,00 рублей.
  • Биогазовые комплексы различной производительности, компании Rucons Gobal UG (Германия).
    Все оборудование изготавливается из нержавеющей стали и монтируется в отдельных технологических модулях (ферментация, смешивание, брожение, автоматика и управление и т.д.).
    Стоимость комплекта, в зависимости от производительности — от 2500000,00 рублей.

Тематические форумы

Использование биореакторов для утилизации отходов животноводства/птицеводства и получения из них биогаза обсуждается на многих форумах.

Пользователи делятся своим опытом изготовления и использования таких устройств, а также отвечают на вопросы менее опытных коллег.

Поэтому мы подготовили ссылки на наиболее авторитетные русскоязычные форумы:

  • Диалог специалистов;
  • АгроФорум;
  • Технический форум на ЮКТ;
  • Форум о биогазовых установках и биогазе;
  • Агрофорум.

Видео по теме

Подробнее об устройстве и принципе работы биоустановки серии БУГ в данном видео:

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...