Підвищення цін на енергоресурси змушує шукати альтернативні варіанти обігріву. Хороших результатів можна домогтися шляхом самостійного виробництва біогазу з доступного органічного сировини. У цій статті ми розповімо про цикл виробництва, пристрої біореактора і супутньому обладнанні.
- Як отримують біогаз
- Яка сировина підходить для виробництва
- Будівництво біореактора
- Відведення газу та збагачення
- Використання біогазу: специфіка та обладнання
При дотриманні елементарних експлуатаційних правил газовий реактор повністю безпечний і здатний забезпечити паливом і електроенергією хоч невеликий будинок, хоч цілий агропромисловий комплекс. Результат роботи біореактора - не тільки газ, а й один з найцінніших видів добрив, основна складова натурального гумусу.
Як отримують біогазДля отримання біогазу органічна сировина поміщають висловах, сприятливі для розвитку кількох видів бактерій, які в процесі життєдіяльності виділяють метан. Біомаса проходить три цикли перетворень, і на кожному етапі беруть участь різні штами анаеробних організмів. Кисень для їх життєдіяльності не потрібно, але має велике значення складу сировини і його консистенція, а також температура і внутрішній тиск. Оптимальними вважаються умови з температурою 40-60 ° С при тиску до 0,05 атм. Завантажене сировину починає виробляти газ після тривалої активації, яка займає від кількох тижнів до півроку.
Початок виходу газу в розрахунковому обсязі свідчить про те, що колонії бактерій вже досить численні, тому через 1-2 тижні в реактор дозовано додають свіжу сировину, яке майже відразу активується і вступає в цикл виробництва.
Для підтримки оптимальних умов сировину періодично перемішують, використовують частину тепла від газового опалення для підтримки температури. Отриманий газ містить від 30 до 80% метану, 15-50% вуглекислого газу, невеликі домішки азоту, водню і сірководню. Для використання в господарстві газ збагачують, видаляючи з нього вуглекислоту, після цього паливо може бути застосоване в широкому спектрі енергообладнання: від двигунів електростанцій до опалювальних котлів.
Яка сировина підходить для виробництваВсупереч розхожій думці, гній не є найкращою сировиною для виробництва біогазу. Вихід палива з тонни чистого гною всього 50-70 м3 з концентрацією 28-30%. Однак саме в відходах життєдіяльності тварин міститься більшість необхідних бактерій для швидкого запуску і підтримки ефективної роботи реактора.
З цієї причини гній змішують з відходами рослинництва і харчової промисловості в співвідношенні 1: 3. Як рослинної сировини використовують:
Сировина Вихід з 1 т сировини Концентрація СН4 Силос зі стебел і качанів кукурудзи 400 м3 50-56% Силос з трави і зернових 200-230 м3 49-54% Кормовий картопля, буряк, зерно 500-600 м3 50-65% Відходи пекарень і харчової промисловості (соя, овес) 700-750 м3 55-58% Рослинні масла, жир, гліцерин 8500-1200 м3 65-68%Сировина не можна просто засипати в реактор, потрібна певна підготовка. Вихідний субстрат подрібнюють до фракції 0,4-0,7 мм і розбавляють водою в кількості близько 25-30% від сухої маси. У великих обсягах суміш вимагає більш ретельного змішування в пристроях гомогенізації, після чого вона готова до завантаження в реактор.
Будівництво біореактораВимоги доумов розміщення реактора такі ж, як і для пасивного септика. Основна частина біореактора - метантенк - ємність, в якій відбувається весь процес зброджування. Для зниження витрат на прогрів маси реактор вкопують у землю. Таким чином температура середовища не опускається нижче 12-16 ° С, а відтік тепла, що утворюється при реакції, залишається мінімальним.
Схема біогазової установки: 1 - бункер завантаження сировини; 2 - біогаз; 3 - біомаса; 4 - бак компенсатор; 5 - люк для вилучення відходів; 6 - клапан скидання тиску; 7 - газова трубка; 8 - гідрозатвор; 9 - до споживачів
Для метантенков об'ємом до 3 м3 допускається використовувати капронові ємності. Оскільки товщина і матеріал їх стінок не перешкоджають відтоку тепла, ємності обкладають шарами пінополістиролу або вологостійкої мінеральної вати. Дно котловану бетонують стяжкою 7-10 см з армуванням, щоб виключити видавлювання реактора з грунту.
Самий підходящий матеріал для будівництва великих реакторів - армований керамзитобетон. Він має достатню міцність, низьку теплопровідність і високий експлуатаційний ресурс. Перед заливанням стін камери потрібно змонтувати похилу трубу для подачі суміші в реактор. Її діаметр становить 200-350 мм, нижній кінець повинен знаходитися в 20-30 см від дна.
У верхній частині метантенка розташований газгольдер - купольна або конусна конструкція, що концентрує газ у верхній точці. Газгольдер може бути виконаний з листового металу, проте в невеликих установках звід виконують цегляною кладкою, а потім оббивають сталевою сіткою і штукатурять. При спорудженні газгольдера необхідно передбачити в його верхній частині герметичний прохід двох трубок: для забору газу і установки клапана скидання тиску. Ще одну трубу діаметром 50-70 мм закладають для відкачування відпрацьованої маси.
Ємність реактора повинна бути герметичною і витримувати тиск в 0,1 атм. Для цього внутрішню поверхню метантенка покривають суцільним шаром обмазувальної бітумною гідроізоляції, а на вершині газгольдера монтують герметичний люк.
Відведення газу та збагаченняЗ-під купола газгольдера газ відводять через трубопровід в ємність з водяним затвором. Товщина водного шару над виходом трубки визначає робочий тиск в реакторі і зазвичай становить 250-400 мм.
Після водяного затвора газ може використовуватися в опалювальному обладнанні і для приготування їжі. Однак для роботи двигунів внутрішнього згоряння потрібно більш високий вміст метану, тому газ збагачують.
Перший етап збагачення - зниження концентрації вуглекислоти в газі. Для цього можна використовувати спеціальне обладнання, яке працює на принципі хімічної абсорбції або на напівпроникних мембранах. У домашніх умовах збагачення можливо також методом пропускання газу через товщу води, в якій розчиняється до половини СО2. Газ розпорошується на дрібні бульбашки через трубчасті аератори, насичена вуглекислотою вода повинна періодично відводиться і розпорошуватися в умовах нормальної атмосфери. У рослинницьких комплексах таку воду успішно використовують в системах гідропоніки.
На другому етапі збагачення знижують вологості газу. Ця функція присутня в більшості збагачувальних пристроїв фабричного виготовлення. Саморобні осушувачі мають вигляд Z-образної трубки, заповненої силікагелем.
Використання біогазу: специфіка іобладнанняБільшість сучасних моделей опалювальної техніки розраховані на роботу з біогазом. застарілі котли можуть бути відносно легко переобладнані заміною пальника і пристрої підготовки газоповітряної суміші.
Для отримання газу під робочим тиском використовується звичайний поршневий компресор з ресивером, встановлений на роботу з тиском в 1,2 від розрахункового. Нормалізація тиску здійснюється газовим редуктором, це допомагає уникнути перепадів і підтримувати рівне полум'я.
Продуктивність біореактора повинна бути як мінімум на 50% вище споживання. Надлишків газу в виробництві не утворюється: коли тиск перевищує 0,05-0,065 атм, реакція майже повністю сповільнюється, і відновлюється тільки після того, як частина газу буде відкачано.
