Biogasanläggning: återvinner organiskt avfall lönsamt

Ökningen av energipriserna tvingar sökandet efter alternativa värmealternativ. Goda resultat kan uppnås genom egenproduktion av biogas från tillgängliga organiska råvaror. I den här artikeln kommer vi att prata om produktionscykeln, bioreaktorenhet och relaterad utrustning..

I enlighet med grundläggande driftsregler är en gasreaktor helt säker och kan leverera bränsle och elektricitet till och med ett litet hus, till och med ett helt agroindustriellt komplex. Resultatet av bioreaktorns arbete är inte bara gas utan också en av de mest värdefulla typerna av gödselmedel, huvudkomponenten i naturlig humus..

Hur biogas erhålls

För att få biogas placeras organiska råmaterial under förhållanden som är gynnsamma för utveckling av flera typer av bakterier som avger metan under deras livslängd. Biomassa går igenom tre transformationscykler, och i varje steg involveras olika stammar av anaeroba organismer. Syre krävs inte för deras livslängd, men råvarans sammansättning och dess konsistens, liksom temperatur och inre tryck, är av stor betydelse. Förhållanden med en temperatur på 40–60 ° C och ett tryck på upp till 0,05 atm anses vara optimala. Det laddade råmaterialet börjar producera gas efter långvarig aktivering, vilket tar från flera veckor till sex månader.

Början av gasutsläppet i den beräknade volymen indikerar att bakteriekolonierna redan är ganska många, därför, efter 1–2 veckor, doseras färskt råmaterial i reaktorn, som nästan omedelbart aktiveras och går in i produktionscykeln.

För att upprätthålla optimala förhållanden blandas råvarorna periodiskt, med användning av en del av värmen från gasuppvärmning för att bibehålla temperaturen. Den resulterande gasen innehåller 30 till 80% metan, 15-50% koldioxid, små föroreningar av kväve, väte och vätesulfid. För användning i hushållet berikas gas genom att avlägsna koldioxid från den, varefter bränslet kan användas i ett brett spektrum av kraftutrustning: från motorer i kraftverk till värmepannor.

Vilka råvaror är lämpliga för produktion

I motsats till vad man tror är gödsel inte det bästa råvaran för biogasproduktion. Bränsleeffekten från massor av ren gödsel är bara 50-70 m³ med en koncentration av 28-30%. Det är emellertid i djuravfallet att de flesta av de bakterier som är nödvändiga för snabb start och underhåll av reaktorns effektiva drift finns..

Av denna anledning blandas gödsel med avfall och livsmedelsindustrin i förhållandet 1: 3. Följande används som växtråvaror:

Råmaterial	Produktion från 1 ton råvaror	СН koncentration4
Ensilage från majsstjälkar och kolvar	400 m3	50-56%
Gräs- och spannmålssilage	200-230 m3	49-54%
Foderpotatis, rödbetor, spannmål	500-600 m3	50-65%
Avfall från bagerier och livsmedelsindustri (sojabönor, havre)	700-750 m3	55-58%
Vegetabiliska oljor, fett, glycerin	8500-1200 m3	65-68%

Råmaterial kan inte helt enkelt hällas i reaktorn, viss beredning behövs. Det ursprungliga underlaget krossas till en bråkdel av 0,4–0,7 mm och späds med vatten i en mängd av cirka 25–30% av torrvikten. I stora volymer kräver blandningen en noggrannare blandning i homogeniseringsanordningar, varefter den är redo för lastning i reaktorn.

Bioreaktorkonstruktion

Kraven för villkoren för placering av reaktorn är desamma som för en passiv septiktank. Huvuddelen av bioreaktorn är kokaren – en behållare där hela jäsningsprocessen äger rum. För att minska kostnaden för uppvärmning av massan grävs reaktorn i marken. Således sjunker temperaturen på mediet inte under 12–16 ° C, och värmeutflödet som bildas under reaktionen förblir minimal.

Diagram för biogasanläggningar: 1 – lastningstratt för råmaterial; 2 – biogas; 3 – biomassa; 4 – tankkompensator; 5 – lucka för avfallsutvinning; 6 – tryckavlastningsventil; 7 – gasrör; 8 – vattentätning; 9 – till konsumenterna

För matsmältare upp till 3 m3³ det är tillåtet att använda nylonbehållare. Eftersom tjockleken och materialet på deras väggar inte hindrar värmeutflödet täcks behållarna med lager av expanderad polystyren eller fuktbeständig mineralull. Gropens botten är betong med en 7-10 cm avdragare med förstärkning för att förhindra att reaktorn pressas ur marken.

Det mest lämpliga materialet för konstruktion av stora reaktorer är armerad lerbetong. Den har tillräcklig styrka, låg värmeledningsförmåga och lång livslängd. Innan kammarens väggar hälls, är det nödvändigt att montera ett lutande rör för att tillföra blandningen till reaktorn. Dess diameter är 200-350 mm, den nedre änden bör vara 20-30 cm från botten.

I den övre delen av kokaren finns en gastank – en kupol eller konisk struktur som koncentrerar gas vid toppunkten. Gashållaren kan vara tillverkad av plåt, men i små installationer är bågen tillverkad av tegel, och sedan klädd med stålnät och pussad. Vid konstruktion av en gastank är det nödvändigt att i sin övre del tillhandahålla en tät passage av två rör: för gasintag och installation av en tryckavlastningsventil. Ett annat rör med en diameter på 50-70 mm läggs för att pumpa ut den förbrukade massan.

Reaktorns kapacitet måste tätas och motstå ett tryck på 0,1 atm. För att göra detta täcks den inre ytan av kokaren med ett kontinuerligt skikt av belagd bitumenvattentätning, och en förseglad lucka är monterad på toppen av bensintanken..

Gasavlägsnande och berikning

Under gashållarens kupol avleds gas genom en rörledning i en behållare med en vattentätning. Tjockleken på vattenskiktet ovanför rörutloppet bestämmer driftstrycket i reaktorn och är vanligtvis 250–400 mm.

Efter vattentätningen kan gasen användas i uppvärmningsutrustning och till matlagning. För drift av förbränningsmotorer behövs emellertid ett högre metaninnehåll, därför berikas gasen.

Det första steget med anrikning är att minska koncentrationen av koldioxid i gasen. För att göra detta kan du använda specialutrustning som arbetar med principen om kemisk absorption eller på semipermeabla membran. Hemma är anrikning också möjlig genom att leda gas genom vattenspelaren, där upp till hälften av CO löses upp₂. Gas sprutas i små bubblor genom rörformiga luftare, kolsyrat vatten måste regelbundet avlägsnas och sprayas under normala atmosfäriska förhållanden. I växtodlingskomplex används sådant vatten framgångsrikt i hydroponiska system.

Vid det andra anrikningssteget reduceras gasens fuktinnehåll. Den här funktionen finns i de flesta fabrikstillverkade utrustningar. Hemlagade torkmedel ser ut som ett Z-rör fylld med silikagel.

Biogasanvändning: specificitet och utrustning

De flesta moderna modeller av värmeutrustning är utformade för att fungera med biogas. Föråldrade pannor kan relativt enkelt utrustas igen genom att byta ut brännaren och luftgasberedningsanordningen.

För att erhålla gas under driftstryck används en konventionell fram- och återgående kompressor med en mottagare, inställd på att arbeta vid ett tryck av 1,2 gånger konstruktionstrycket. Trycknormalisering utförs av en gastryckregulator, detta hjälper till att undvika droppar och upprätthålla en jämn eld.

Bioreaktors prestanda bör vara minst 50% högre än konsumtionen. Inget överskott av gas genereras i produktionen: när trycket överstiger 0,05–0,065 atm bromsas reaktionen nästan helt ner och återställs först efter att en del av gasen har pumpats ut.