Установка для выработки биогаза. Биогазовая установка собственными силами

Вопросами, как сократить расходы на отопление жилища, приготовление пищи и электроснабжение, озабочены многие владельцы домохозяйств. Некоторые из них уже соорудили своими руками биогазовые установки и частично или полностью обособились от поставщиков энергоресурсов. Оказывается, получить почти дармовое топливо в условиях частного домохозяйства не представляет большой сложности.

Что такое биогаз и как его можно использовать?

Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.

Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.

Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных. На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.

Как работает биогазовая установка?

Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:

• в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
• содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
• скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.

Схема биогазовой установки.

Какое сырье подходит для биореактора?

Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).

Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.

Использование биосырья для отопления дома.

Что нельзя использовать в биогазовой установке?

Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:

• антибиотиков;
• плесени;
• синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
• смол (в том числе опилки хвойных деревьев).

Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим. Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.

Биогазовая установка для дома

Сегодня промышленность уже выпускает установки для получения биогаза в промышленных масштабах. Их приобретение и монтаж обходится дорого, окупается такое оборудование в частных домохозяйствах не раньше, чем через 7-10 лет при условии, что для переработки будут использоваться большие объемы органики. Опыт показывает, что при желании небольшую биогазовую установку для частного дома мастеровитый хозяин может соорудить своими руками, причем из самых доступных материалов.

Готовим перерабатывающий бункер

В первую очередь понадобится герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Можно, конечно, использовать большие кастрюли или выварки, но их малый объем не позволить добиться достаточной выработки газа. Поэтому в этих целях используют чаще всего пластиковые бочки объемом от 1 м³ до 10 м³.

Изготовить такую можно самостоятельно. В продаже имеются листы из ПВХ, при достаточной прочности и стойкости к агрессивным средам они легко свариваются в конструкции нужной конфигурации. В качестве бункера можно использовать и металлическую бочку достаточного объема. Правда, придется провести антикоррозийные мероприятия – покрыть ее изнутри и снаружи устойчивой к воздействию влаги краской. Если резервуар сделан из нержавейки, этого делать не нужно.

Система отвода газа

Патрубок для отвода газа монтируют в верхней части бочки (как правило, в крышке) – именно там он скапливается, согласно законам физики. По подключенной трубе биогаз подается на гидрозатвор, далее – на накопитель (как вариант – с помощью компрессора в баллон) и к бытовым приборам. Рядом с газоотводом рекомендуется также вмонтировать спусковой клапан – если давление внутри резервуара станет слишком высоким, он выпустит лишний газ.

Система подачи и выгрузки сырья

Чтобы обеспечить непрерывное производство газовой смеси, бактерий в субстрате нужно постоянно (ежедневно) «подкармливать», то есть добавлять свежий навоз или другую органику. В свою очередь, уже переработанное сырье из бункера необходимо удалять, чтобы оно не занимало полезное место в биореакторе.

Для этого в бочке проделываются два отверстия – одно (для выгрузки) практически около дна, другое (для загрузки) повыше. В них ввариваются (впаиваются, вклеиваются) трубы диаметром не менее 300 мм. Загрузочный трубопровод направляют вверх и оборудуют воронкой, а слив обустраивают так, чтобы удобно было собирать переработанную жижу (ее впоследствии можно использовать как удобрение). Места стыков герметизируют.

Система подогрева

Теплоизоляция бункера.

Если биореактор будет установлен на улице или в неотапливаемом помещении (что необходимо по технике безопасности), то ему необходимо обеспечить теплоизоляцию и подогрев субстрата. Первое условие достигается путем «укутывания» бочки любым утепляющим материалом или углублением в землю.

Что же касается подогрева, то здесь можно рассматривать самые разные варианты. Одни умельцы заводят внутрь трубы, по которым циркулирует вода из отопительной системы и монтируют их вдоль стенок бочки в виде змеевика. Другие помещают реактор в больший по объему резервуар с водой внутри, подогреваемой электротенами. Первый вариант удобнее и гораздо экономичнее.

Для оптимизации работы реактора необходимо поддерживать температуру его содержимого на определенном уровне (не менее 38⁰C). Но если она поднимется выше 55⁰C, то газообразующие бактерии просто-напросто «сварятся», и процесс ферментации остановится.

Система перемешивания

Как показывает практика, в конструкциях ручная мешалка любой конфигурации значительно повышает эффективность биореактора. Ось, к которой приварены (прикручены) лопасти «миксера», выводится через крышку бочки. На нее в дальнейшем надевается ручка-ворот, отверстие тщательно герметизируется. Впрочем, такими приспособлениями домашние мастера обустраивают ферментаторы не всегда.

Получение биогаза

После того, как установка будет готова, в нее загружают биомассу, разведенную водой в соотношении примерно 2:3. Крупные отходы при этом должны быть измельчены – максимальный размер фракции не должен превышать 10 мм. Далее крышка закрывается – остается ждать, когда смесь начнет «бродить» и выделять биогаз. При оптимальных условиях первое поступление горючего наблюдается спустя несколько дней после загрузки.

О том, что газ «пошел», можно судить по характерному бульканью в водяном затворе. В это же время бочку стоит проверить на герметичность. Делается это с помощью обычного мыльного раствора – его наносят на все стыки и наблюдают, не появились ли пузыри.

Первое обновление биосырья нужно провести примерно через две недели. После того, как в воронку будет залита биомасса, из отводной трубы выльется такой же объем отработанной органики. Далее такую процедуру выполняют ежедневно или раз в два дня.

На сколько хватает полученного биогаза?

В условиях небольшого хозяйства биогазовая установка не станет абсолютной альтернативой природному газу и прочим доступным источникам энергии. Например, с помощью устройства емкостью 1 м³ можно получить топлива только на пару часов приготовления пищи для небольшой семьи.

А вот биореактором в 5 м³ уже можно отопить помещение площадью 50 м², но его работу нужно будет поддерживать ежедневной загрузкой сырья массой не менее 300 кг. Для этого необходимо иметь в хозяйстве примерно десять свиней, пять коров и пару десятков кур.

Мастера, у которых получилось самостоятельно смастерить действующие биогазовые установки, делятся видео с мастер-классами на просторах интернета:

Биогазовые установки для фермерских хозяйств, цена зависит от количества комплектующих, различных параметров характерных для подобных устройств, варьируется в пределах 170 тыс.руб.

Они работают для получения, в результате переработки конечного продукта , экологически чистого топлива, удобрений, которые производят в агрегате, в его состав включены технические сооружения, аппараты, объединённые в едином технологическом цикле.

Биогазовые установки для дома, возможно, когда-то полностью заменят сельскому жителю дорогостоящие источники энергии. Экономические катаклизмы, требуют от разработчиков оборудования для сельского хозяйства, производить аналоги природных ресурсов в виде подручного сырья для снижения затрат на обслуживание частного подворья, фермерства.

Цели фермеров различные – одни получают дешевую энергию другим важно с помощью небольшой мини установки переработать отходы жизнедеятельности:

• крупнорогатого скота

В результате работы получают биоудобрения и собственный энергетический источник. К тому же в хозяйствах приходится избавляться от различного скопления бытового мусора в этом им помогает удобное, универсальное сооружение, которое отдает вместо ненужных полезные продукты.

Кто эксплуатирует оборудование

Малые биогазовые установки пригодятся в современных хозяйствах сельского жителя. Более крупные устройства используют серьезные скотоводы, где невозможно существовать без агрегатов, которые производят нужные энергетические виды.

Обоснованием установки на подворье частного дома или большого хозяйства служит скопление органики, так как любому оборудованию необходимо питание для работы.

Мир борется за экологию окружающей среды, наиболее приемлемым средством для этого являются сооружения биогазовых сооружений, они отдают чистые вещества и потребляют альтернативное топливо. На этом основании устройства получили востребованность в хозяйствах нашей страны и зарубежом.

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.

Как это функционирует

Работоспособность агрегатов основана на принципе воздействия бактериальных образований различной природы на органику, вызывающих брожение. Эти процессы происходят внутри реактора. От разложения одних продуктов получается другое вещество, в его состав входят:

• метан
• углекислый газ
• примеси аммиака, сероводорода, азота

Принцип работы состоит из следующих действий:

• в накопительную ёмкость подают сырьё
• материал разбивается, насосами, транспортерами перемещается в кислототенк, в этой ёмкости биомасса подвергается дополнительному подогреву
• прочный, кислотостойкий, плотно закрытый реактор производит приём подготовленного сырья, чтобы создался биогаз

В реактор устанавливают приспособления для обеспечения дополнительного подогрева, в пределах +40 град., перемешивания веществ, создают им подходящие условия, ускоряющие процессы распада и брожения, от чего образуется конечный продукт. Скорость переработки зависит от мощности сооружения и вида отходов.

В процессе:

• накопление газа осуществляется в газгольдерах, их монтируют как отдельный элемент или соединяют совместно с корпусом
• ёмкость реактора собирает , после окончания процедуры разложения передаёт для применения
• в резервуаре газгольдера создаётся достаточное давление, чтобы переместить газ в очистительную систему, в этом виде он будет применен потребителем в различных сферах деятельности
• использование по назначению приобретают вещества для удобрений после разделения их на составляющие в жидком или твердом виде, и перемещения в накопительную часть

Принятие решения начать строительство должно сопровождаться учетом условий, при которых биогазовые установки работают с необходимой эффективностью.

Основные параметры для выбора

Плохая функциональность устройств происходит из-за неверного планирования. Ошибки могут быть замечены сразу или через некоторое время. Тщательным и всесторонним исследованием добиваются исключения выхода из строя оборудования. Начинают процедуру после определения наличия сырьевого материала и сколько нужно для нормального существования энергетических средств.

На реактор и его размеры оказывает влияние:

• количество переработки
• качество материала
• сырьевой вид
• температурный режим
• период брожения

На практике в конкретном хозяйстве следует обратить внимание на следующие моменты:

• суточную загрузку материалов в соотношении с реакторным размером
• объём емкости, в которой происходит переработка отходов
• рассчитывают выход продукции
• возможность балансирования между результатом и фактическим потреблением

Перед монтажом оборудования предстоит сделать выбор:

• наиболее оптимального места для установки
• модели подходящей по конструктивным особенностям

Основными критериями, на которые опираются при конструктивном выборе, служит место и определение подземного или наземного сооружения. Кроме этого, при устройстве конструкции наверху, следует решить, как установить реактор в вертикальном или горизонтальном положении.

В постройках на участке хранят биоудобрения или в ямах, металлических бочках. Затраты сократят готовые части установки, если они есть в хозяйстве. Скоплением материалов определяют размеры и формы резервуаров, в которых их смешивают, а также какой нужен реактор, устройства для подогрева веществ, их дробления и смешивания.

Выбранная конструкция реактора должна соответствовать:

• практичности
• простоте в обслуживании
• газо- и водонепроницаемости, чтобы исключить утечки и сохранить газ в полном объёме

Необходимым условием для эффективной производительности является наличие качественной теплоизоляции. Снизить затраты на строительство и тепловые потери можно минимальными поверхностными площадями.

Сооружение должно отвечать стабильности, выдерживать нагрузки от давления:

• сырьевых материалов

Установки оборудуют в следующих наиболее оптимальных формах:

• яйцеобразных
• цилиндрических
• конических
• полукруглых

Не рекомендуют оборудовать квадратных форм бетонных или кирпичных. Сырьё оказывает давление на углы, отчего появляются трещины, нарушают процессы, происходящие внутри, твердые скапливающиеся фрагменты. Лучше бродят материалы, не появляются засохшие поверхности в сооружениях с внутренними перегородками.

Лучшими материалами для постройки служат:

• Сталь – в этих емкостях можно добиться абсолютной герметичности, их легко изготовить, они выдерживают нагрузки. Проблемой является повышенная подверженность коррозии. Для предотвращения ржавчины, поверхности обрабатывают. Если в хозяйстве есть металлическая цистерна, её качество следует проверить со всех сторон. Избавиться от недостатков.
• Пластик – резервуары из этого материала выпускают мягкими и твердыми. Первый вариант менее пригоден, так как легко наносятся повреждения, трудно утепляются. Резервуары из твердого пластика стабильны, не ржавеют.
• Бетон применяют некоторые развивающиеся страны. Они не имеют ограничений в сроках эксплуатации, специальные покрытия могут избавить от появления трещин.
• Кирпич используют Индия и Китай. Для этого применяется только хорошо обожженные изделия или кладут стены из бетонных блоков, камня.

Устанавливая оборудование из бетона, кирпича или камня необходимо позаботиться о внутренней огнеупорной отделке, устойчивой к органике и сероводороду.

К расположению конструкции следует отнестись с особой серьезностью, предусмотреть факторы:

• свободные площади
• удаленность от жилья
• складирование
• расположение коровников, свинарников, птичников
• грунтовые воды
• удобную загрузку, выгрузку материалов

Реакторы размещают:

• на поверхности с фундаментом
• заглубляют в грунт
• устанавливают внутри фермы

Устройства, действующие с помощью химической, биологической реакции, снабжены люками, через которые проводят периодические ремонтные работы. Резиновой прокладкой обеспечивают герметизацию, когда закрывают крышку. Теплоизоляция необходима, чтобы работы выполнять вне зависимости от сезона.
Утепляют сооружение подручными материалами с послойной обработкой внутренних поверхностей.

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:

1. 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.
2. Утеплить конструкцию внутри котлована.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Подготовить котлован.
7. 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.
8. Проверить герметичность полученной конструкции.
9. Запустить систему.
10. 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.

– 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:

1. Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
2. С автоматическим перемешиванием , но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
3. С поддержкой необходимой температуры , но без автоматического перемешивания.
4. 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.

Технология производства биогаза . Современные животноводческие комплексы обеспечивают получение высоких производственных показателей. Применяемые технологические решения позволяют полностью соблюдать требования действующих санитарно-гигиенических норм в помещениях самих комплексов.

Однако большие количества жидкого навоза, сконцентрированные в одном месте, создают значительные проблемы для экологии прилегающих к комплексу территорий. Например, свежий свиной навоз и помёт относятся к отходам, имеющим 3-й класс опасности. Экологические вопросы находятся на контроле надзирающих органов, требования законодательства по этим вопросам постоянно ужесточаются.

Биокомплекс предлагает комплексное решение по вопросам утилизации жидкого навоза, которое включает ускоренную переработку в современных биогазовых установках (БГУ). В процессе переработки, в ускоренном режиме протекают естественные процессы разложения органики с выделением газа включающего: метан, СО2, серу, и т.д. Только получаемый газ не выделяется в атмосферу, вызывая парниковый эффект, а направляется в специальные газогенераторные (когенерационные) установки, которые вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Биогаз - горючий газ , образующийся при анаэробном метановом сбраживании биомассы и состоящий преимущественно из метана (55-75%), двуокиси углерода (25-45%) и примесей сероводорода, аммиака, оксидов азота и других (менее 1%).

Разложение биомассы происходит в результате химико-физических процессов и симбиотической жизнедеятельности 3-х основных групп бактерий, при этом продукты метаболизма одних групп бактерий являются продуктами питания других групп, в определённой последовательности.

Первая группа - гидролизные бактерии, вторая – кислотообразующие, третья - метанобразующие.

В качестве сырья для производства биогаза могут использоваться как органические агропромышленные или бытовые отходы, так и растительное сырьё.

Наиболее распространёнными видами отходов АПК, используемыми для производства биогаза, являются:

• навоз свиней и КРС, помёт птицы;
• остатки с кормового стола комплексов КРС;
• ботва овощных культур;
• некондиционный урожай злаковых и овощных культур, сахарной свёклы, кукурузы;
• жом и меласса;
• мучка, дробина, мелкое зерно, зародыши;
• дробина пивная, солодовые ростки, белковый отстой;
• отходы крахмало-паточного производства;
• выжимки фруктовые и овощные;
• сыворотка;
• и пр.

Количество субстратов (видов отходов), используемых для производства биогаза в пределах одной биогазовой установки (БГУ), может варьироваться от одного до десяти и более.

Биогазовые проекты в агропромышленном секторе могут быть созданы по одному из следующих вариантов:

• производство биогаза из отходов отдельного предприятия (например, навоза животноводческой фермы, жома сахарного завода, барды спиртового завода);
• производство биогаза на базе отходов разных предприятий, с привязкой проекта к отдельному предприятию либо отдельно расположенной централизованной БГУ;
• производство биогаза с преимущественным использованием энергетических растений на отдельно расположенных БГУ.

Наиболее распространённым способом энергетического использования биогаза является сжигание в газопоршневых двигателях в составе мини-ТЭЦ, с производством электроэнергии и тепла.

Существуют различные варианты технологических схем биогазовых станций — в зависимости от типов и количества видов применяемых субстратов. Использование предварительной подготовки, в ряде случаев, позволяет добиться увеличения скорости и степени распада сырья в биореакторах, а, следовательно, увеличения общего выхода биогаза. В случае применения нескольких субстратов, отличающихся свойствами, например, жидких и твёрдых отходов, их накопление, предварительная подготовка (разделение на фракции, измельчение, подогрев, гомогенизация, биохимическая или биологическая обработка, и пр.) проводится отдельно, после чего они либо смешиваются перед подачей в биореакторы, либо подаются раздельными потоками.

Основными структурными элементами схемы типичной биогазовой установки являются:

• система приёма и предварительной подготовки субстратов;
• система транспортировки субстратов в пределах установки;
• биореакторы (ферментеры) с системой перемешивания;
• система обогрева биореакторов;
• система отвода и очистки биогаза от примесей сероводорода и влаги;
• накопительные ёмкости сброженной массы и биогаза;
• система программного контроля и автоматизации технологических процессов.

Технологические схемы БГУ бывают различными в зависимости от вида и числа перерабатываемых субстратов, от вида и качества конечных целевых продуктов, от того или иного используемого «ноу-хау» компании поставщика технологического решения, и ряда других факторов. Наиболее распространёнными на сегодняшний день являются схемы с одноступенчатым сбраживанием нескольких видов субстратов, одним из которых обычно является навоз.

С развитием биогазовых технологий применяемые технические решения усложняются в сторону двухступенчатых схем, что в ряде случаев обосновано технологической необходимостью эффективной переработки отдельных видов субстратов и повышением общей эффективности использования рабочего объема биореакторов.

Особенностью производства биогаза является то, что он может вырабатываться метановыми бактериями только из абсолютно сухих органических веществ. Поэтому задачей первого этапа производства, является создание смеси субстрата, который имеет повышенное содержание органических веществ, и в то же время может перекачиваться насосами. Это субстрат с содержанием сухих веществ 10-12%. Решение достигается путём выделения излишней влаги с помощью шнековых сепараторов.

Жидкий навоз поступает из производственных помещений в резервуар, гомогенизируется с помощью погружной мешалки, и погружным насосом подаётся в цех разделения на шнековые сепараторы. Жидкая фракция накапливается в отдельном резервуаре. Твёрдая фракция загружается в устройство подачи твёрдого сырья.

В соответствии с графиком загрузки субстрата в ферментёр, по разработанной программе периодически включается насос, подающий жидкую фракцию в ферментёр и одновременно включается загрузчик твёрдого сырья. В качестве варианта, жидкая фракция может подаваться в загрузчик твёрдого сырья, имеющего функцию перемешивания, и затем уже готовая смесь подаётся в ферментёр по разработанной программе загрузки.. Включения бывают непродолжительными. Это сделано, чтобы не допустить излишнего поступления органического субстрата в ферментёр, поскольку это может нарушить баланс веществ и вызовет дестабилизацию процесса в ферментёре. Одновременно включаются также насосы, перекачивающие дигестат из ферментёра в дображиватель и из дображивателя в накопитель дигестата (лагуну), чтобы не допустить переполнения ферментёра и дображивателя.

Находящиеся в ферментёре и дображивателе массы дигестата, перемешиваются для обеспечения равномерного распределения бактерий по всему объёму ёмкостей. Для перемешивания используются тихоходные мешалки специальной конструкции.

В процессе нахождения субстрата в ферментёре, бактериями выделяется до 80% всего биогаза, вырабатываемого БГУ. В дображивателе выделяется оставшаяся часть биогаза.

Важную роль в обеспечении стабильного количества выделяемого биогаза играет температура жидкости внутри ферментёра и дображивателя. Как правило, процесс протекает в мезофильном режиме с температурой 41-43ᴼС. Поддержание стабильной температуры достигается применением специальных трубчатых нагревателей внутри ферментёров и дображивателей, а также надёжной теплоизоляцией стен и трубопроводов. Биогаз, выходящий из дигестата, имеет повышенное содержание серы. Очистка биогаза от серы производится с помощью специальных бактерий, заселяющих поверхность утеплителя, уложенного на деревянный балочный свод внутри ферментёров и дображивателей.

Накопление биогаза осуществляется в газгольдере, который образуется между поверхностью дигестата и эластичным высокопрочным материалом, покрывающим ферментёр и дображиватель сверху. Материал имеет способность сильно растягиваться (без уменьшения прочности), что накоплении биогаза значительно увеличивает ёмкость газгольдера. Для предохранения переполнения газгольдера и разрыва материала, имеется предохранительный клапан.

Далее биогаз поступает в когенерационную установку. Когенерационная установка (КГУ) является блоком, в котором осуществляется выработка электрической энергии генераторами, привод которых осуществляют газопоршневые двигатели, работающие на биогазе. Когенераторы работающие на биогазе, имеют конструктивные отличия от обычных газогенераторных двигателей, поскольку биогаз является сильно обеднённым топливом. Вырабатываемая генераторами электрическая энергия, обеспечивает питание электрооборудования самой БГУ, а все сверх этого отпускается близлежащим потребителям. Энергия жидкости, идущей на охлаждение когенераторов и является вырабатываемой тепловой энергией за минусом потерь в бойлерных устройствах. Вырабатываемая тепловая энергия, частично идёт на обогрев ферментёров и дображивателей, а оставшаяся часть – также направляется в близ лежащим потребителям. поступает в

Можно установить дополнительное оборудование для очистки биогаза до уровня природного газа, однако это дорогостоящее оборудование и его применяют, только если целью БГУ является не производство тепловой и электрической энергии, а производство топлива для газопоршневых двигателей. Апробированными и наиболее часто применяемыми технологиями очистки биогаза являются водная абсорбция, адсорбция на носителе под давлением, химическое осаждение и мембранное разделение.

Энергетическая эффективность работы БГУ во многом зависит как от выбранной технологии, материалов и конструкции основных сооружений, так и от климатических условий в районе их расположения. Среднее потребление тепловой энергии на подогрев биореакторов в умеренном климатическом поясе равно 15-30% от энергии, вырабатываемой когенераторами (брутто).

Общая энергетическая эффективность биогазового комплекса с ТЭЦ на биогазе составляет в среднем 75-80%. В ситуации, когда всё тепло, получаемое от когенерационной станции при производстве электроэнергии невозможно потребить (распространённая ситуация из-за отсутствия внешних потребителей тепла), оно отводится в атмосферу. В таком случае, энергетическая эффективность биогазовой ТЭС составляет лишь 35% от общей энергии биогаза.

Основные показатели работы биогазовых установок могут существенно различаться, что во многом определяется применяемыми субстратами, принятым технологическим регламентом, эксплуатационной практикой, выполняемыми задачами каждой отдельной установки.

Процесс переработки навоза составляет не более 40 дней. Получаемый в результате переработки дигестат, не имеет запаха и является прекрасным органическим удобрением, в котором достигнута наибольшая степень минерализации питательных веществ, усваиваемых растениями.

Дигестат, как правило, разделяется на жидкую и твёрдую фракции с помощью шнековых сепараторов. Жидкую фракцию направляют в лагуны, где накапливают до периода внесения в почву. Твёрдая фракция также используется в качестве удобрения. Если применить к твёрдой фракции дополнительную сушку, грануляцию и упаковку, то она будет пригодна для длительного хранения и транспортировки на большие расстояния.

Производство и энергетическое использования биогаза имеет целый ряд обоснованных и подтверждённых мировой практикой преимуществ, а именно:

1. Возобновляемый источник энергии (ВИЭ). Для производства биогаза используется возобновляемая биомасса.
2. Широкий спектр используемого сырья для производства биогаза позволяет строить биогазовые установки фактически повсеместно в районах концентрации сельскохозяйственного производства и технологически связанных с ним отраслей промышленности.
3. Универсальность способов энергетического использования биогаза как, для производства электрической и/или тепловой энергии по месту его образования, так и на любом объекте, подключённом к газотранспортной сети (в случае подачи очищенного биогаза в эту сеть), а также в качестве моторного топлива для автомобилей.
4. Стабильность производства электроэнергии из биогаза в течение года позволяет покрывать пиковые нагрузки в сети, в том числе и в случае использования нестабильных ВИЭ, например, солнечных и ветровых электростанций.
5. Создание рабочих мест за счёт формирования рыночной цепочки от поставщиков биомассы до эксплуатирующего персонала энергетических объектов.
6. Снижение негативного воздействия на окружающую среду за счёт переработки и обезвреживания отходов путём контролированного сбраживания в биогазовых реакторах. Биогазовые технологии – один из основных и наиболее рациональных путей обезвреживания органических отходов. Проекты по производству биогаза позволяют сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.
7. Агротехнический эффект от применения сброженной в биогазовых реакторах массы на сельскохозяйственных полях проявляется в улучшении структуры почв, регенерации и повышении их плодородия за счёт внесения питательных веществ органического происхождения. Развитие рынка органических удобрений, в том числе из переработанной в биогазовых реакторах массы, в перспективе будет способствовать развитию рынка экологически чистой продукции сельского хозяйства и повышению его конкурентоспособности.

Ориентировочные удельные инвестиционные затраты

БГУ 75 кВтэл. ~ 9.000 €/кВтэл.

БГУ 150 кВтэл. ~ 6.500 €/кВтэл.

БГУ 250 кВтэл. ~ 6.000 €/кВтэл.

БГУ bis 500 кВтэл. ~ 4.500 €/кВтэл.

БГУ 1 МВтэл. ~ 3.500 €/кВтэл.

Выработанная электрическая и тепловая энергия могут обеспечить не только потребности комплекса, но и прилегающей инфраструктуры. Причём сырьё для БГУ бесплатное, что обеспечивает высокую экономическую эффективность после завершения периода окупаемости (4-7 лет). Себестоимость вырабатываемой на БГУ энергии со временем не растёт, а напротив – уменьшается.