Китайские биогазовые установки для дома. Альтернативное отопление — биогаз. Получение электричества и тепла

Биогаз - газ, получаемый брожением биомассы. В природных условиях биогаз образуется постоянно. В современной биоэнергетике естественно-природные процессы его образования поставлены человеком под контроль. Производство биогаза осуществляется на биогазовых станциях с помощью специальных установок. Произведенный биогаз состоит из метана (более 50%) и углекислого газа, а также незначительного объема примесей (водорода и сероводорода). После очистки биогаза от С0 2 (biogas upgrading) получается биометан - полный аналог природного газа.

В отличие от солнца и ветра биогаз может, как и природный газ, запасаться и обеспечивать непрерывное производство электроэнергии, т. е. выполнять важную задачу энергоснабжения в периоды пиковых нагрузок электросети.

Биогаз может быть использован для электрической и тепловой генерации, заправки автомобилей (в крупных городах Швеции муниципальный автобусный парк заправляется местным биогазом), может закачиваться (после превращения в биометан) в существующие газовые сети и хранилища.

Зачем нужен биогаз, если есть газ природный и инфраструктура для его доставки?

Во-первых, биогаз производится из биомассы, возобновляемого растительного сырья - его производство и использование оставляет меньший углеродный след.

Во-вторых, при производстве биогаза могут (и должны) использоваться отходы сельскохозяйственного производства, что предотвращает загрязнение окружающей среды и повышает его эффективность.

В последние годы европейская биогазовая индустрия демонстрирует двузначные темпы роста. Производство электроэнергии из биогаза составило в ЕС в 2012 г. 46419 ГВт-ч, в 2013 г. - 52 327 ГВт-ч (для сравнения: такое количество энергии примерно соответствует годовому электропотреблению Португалии). Больше половины европейского производства приходилось на Германию 111 , в которой расположено 8700 биогазовых станций 112 .

Мировым лидером по производству биогаза считается Китай 113 , но здесь отмечается интересный феномен. Подавляющая часть китайского биогаза производится сельскими домашними хозяйствами для собственного потребления - отопления, приготовления пищи и даже, в некоторых случаях, производства электричества. Таких домашних биогазовых станций насчитывается 41 млн 114 , и ожидается, что к 2020 г. их число достигнет 80 млн при активной государственной поддержке.

В производстве биогаза наиболее желательным с точки зрения экологии является использование отходов животноводства и птицеводства. Эти отрасли генерируют большие объемы жидких и твердых отходов, утилизация которых должна предваряться особо тщательной обработкой. В странах со слабым экологическим контролем, к которым относится и Россия, отходы животноводства могут отравлять почву и водоемы. Использование этих отходов для производства биогаза с последующей генерацией тепла и электроэнергии фактически является беспроигрышной стратегией. С одной стороны, в значительной мере снимается проблема загрязнения окружающей среды, с другой стороны, хозяйства и их окружение обеспечиваются «дармовой» энергией.

Однако данный разумный подход к биогазовой энергетике сталкивается, так сказать, с экономической реальностью. Дело в том, что производить биогаз из отходов животноводства дороже, чем из специально выращиваемых «энергетических растений», - необходима более сложная обработка исходного сырья с соответствующими дополнительными капитальными затратами.

С этой экономической реальностью жестко столкнулась Германия. Непродуманная политика стимулирования биогазового бизнеса способствовала не переработке отходов сельского хозяйства, а ориентации биоэнергетики на усиленную культивацию энергетических растений (в первую очередь кукурузы) на сельскохозяйственных землях для последующего производства электроэнергии, привела к массовому строительству биогазовых электростанций даже в природоохранных зонах 115 . Площадь посевов кукурузы, используемой в биоэнергетике, за последнее десятилетие удвоилась, главным образом за счет других культур 116 .

В 2014 г. германская политика в области биогаза подверглась серьезной корректировке. 1 августа вступила в силу новая редакция Закона о возобновляемых источниках энергии (EEG), в соответствии с которой дальнейшее развитие биогазовой энергетики должно основываться на переработке отходов, а не использовании специально выращиваемых энергетических культур. Ужесточение выразилось также в снижении зеленых тарифов и финансовых мерах, ограничивающих строительство крупных биогазовых электростанций. Аналогичные меры рассматриваются в настоящее время и в масштабах Европейского союза.

Таким образом, дальнейшая судьба биогазовой отрасли в Европе во многом выглядит неопределенной. Можно с достаточной долей уверенности предполагать, что сокращения существующих мощностей не будет, но вот темпы дальнейшего расширения предугадать сложно. Впрочем, существующие официальные европейские планы расширения (National Renewable Energy Actions Plans) пока никто не отменял. Они предусматривают объем биогазовой электрической генерации к 2020 г. на уровне 65000 ГВт-ч (среднегодовой прирост 1,85 ГВт-ч) 117 . Для производства такого количества энергии необходимо 28 млн кубометров биогаза (эквивалента природного газа), что составляет 5% европейского потребления природного газа.

При этом следует также учитывать, что такие крупные экономики с развитым сельским хозяйством, как Франция и Испания, имеют сегодня крайне низкую степень распространения биога-зового бизнеса. Так, Франция по итогам 2013 г. уступает в производстве биогаза Италии в четыре раза, Германии - в 14 с лишним раз. Это является фактором, повышающим вероятность достижения заявленных целей роста.

Биогазовые установки из Китая – это комплексы, которые разработаны с целью переработки различных отходов жизнедеятельности животных, пищевой промышленности, а также органики. За основу работы взят принцип брожения органических веществ, в результате которого образуется биогаз, в состав которого входит метан, углекислый газ, сероводород, водород и азот.

На сегодняшний день, биогаз – универсален. Его можно использовать для отопительных систем или в качестве неотъемлемой части системы очитки и переработки отходов.

Как известно, Китай – единственная в мире страна, где биогазом пользуются очень давно. Биогазовые установки из Китая, даже шли на экспорт уже в конце 19-го века. Более чем половина общественного транспорта в Китае работает на биогазовом топливе. Естественно, первоначальные разработки были засекречены, но уже в 1999 году в Китае насчитывалось примерно 7 млн. действующих биогазовых установок.

Стратегия правительства относительно этой сферы намечает рост производства установок на биотопливе на 15% ежегодно. На сегодняшний день, благодаря многолетнему опыту и современным технологиям, биогазовые установки китайского производства пользуются успехом не только на территории Китая, но и за рубежом. А другие страны-производители перенимают опыт Китая. Так же в последнее время всё более популярным становится тот факт, что биогазовые установки своими руками изготавливают обычные люди.

Биогазовые установки из Китая для дома или производства

Сделать заказ можно прямо у фирмы-производителя через интернет. В интернет-магазинах Вы можете просмотреть биогазовые установки отзывы тех, кто уже приобрел для личного пользования подобные установки. Также на сайте производителя достаточно часто выложены прайсы, в которых Вы можете просмотреть биогазовые установки цены.

Биогаз является отличной альтернативой стандартным печным топливам. В статье информация про историю использования биогаза и рекомендации по созданию собственной биогазовой установки.

Среди важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на которые растут чуть ли не каждый месяц. Каждый зимний сезон пробивает брешь в семейных бюджетах, заставляя нести расходы на отопление, а значит, на топливо для отопительных котлов и печей.

А как быть, ведь электроэнергия, газ, уголь или дрова стоят денег, и чем более удалены наши жилища от крупных энергетических магистралей, тем дороже обойдётся их обогрев. Между тем альтернативное отопление, независимое от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования.

Биогаз можно получить практически в домашних условиях, понеся при этом минимальные, быстро окупаемые затраты - много информации по этому вопросу вы найдёте в нашей статье.

Отопление биогазом

История

Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в тёплый сезон года, возник ещё у наших далеких предков - передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад.

В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит - они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.

Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе своё открытие - в 17-18 веках сразу два европейских учёных обратили на него внимание.

Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза.

В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.

Слева: Ян Баптиста ван Гельмонт. Справа: Алессандро Вольта

Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц - в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.

Формула метана

В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе.

Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли - электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.

В СССР технология получения биогаза рассматривалась в основном с академической точки зрения и не считалась сколько-нибудь востребованной.

Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось - они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года.

По своей сути биогаз - реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причём на любые цели и в достаточном количестве.

Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объём производимого метана - около 27 млрд м3 за год.

Биогаз - что это

Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производит команда из трёх видов бактерий, питающихся биомассой - гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.

Химический состав биогаза

Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной.

Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются - и напрасно!

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана

Прежде всего - от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью.

По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативное топливо, потребует теплоизоляции биореактора и введение тёплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.

Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды - до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в её составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков.

Биогаз можно получить практически из любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т. д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8–8,0 - большая кислотность замедлит формирование биогаза, т. к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 - в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.

Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32–35 °С, при более низких и более высоких значениях в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает.

Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе.

Её минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большем сроке полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т. к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъём и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдёт за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны.

Отрицательные характеристики: выход за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона температур на 2 градуса понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие - значительные затраты энергоносителей.

Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо её устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.

В биореакторах непрерывного цикла наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию, и загрузке новой органики в количестве, равном выгружаемому объёму.

В небольших биореакторах, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки необходимо извлекать и вносить органику в объёме, примерно равном 5% от внутреннего объёма камеры ферментации.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

навоз конский даёт 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57%;
навоз КРС (крупного рогатого скота) даёт 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
свежий навоз КРС даёт 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
куриный помёт - 0,5 м3, содержание метана в нём составит 60%;
свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.

Биогазовые установки

Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.

По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:

без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
без обогрева, но с промешиванием органической массы;
с обогревом и промешиванием;
с обогревом, промешиванием и приборам, позволяющими контролировать и управлять процессом ферментации.

Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объём биореактора 1–10 м3 (переработка 50–200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам.

Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5–20 °С. Удаление ферментированной органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в ёмкость, объём которой должен быть равным или больше внутреннего объёма биореактора. Содержимое ёмкости храниться в ней до введения в удобряемую почву.

Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, её производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.

Третий тип биогазовых установок оснащён помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котёл при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.

Принципиальная схема биогазовой установки: 1 - подогрев субстрата; 2 - заливная горловина; 3 - ёмкость биореактора; 4 - ручная мешалка; 5 - ёмкость для сборки конденсата; 6 - газовый клапан; 7 - резервуар для переработанной массы; 8 - предохранительный клапан; 9 - фильтр; 10 - газовый котёл; 11 - газовый вентиль; 12 - газовые потребители; 13 - гидрозатвор

Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котёл, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трёх температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.

Биогазовая установка своими руками

Теплотворность биогаза, произведённого в биогазовых установках, примерно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности природного газа (7 000 ккал/м3). Для отопления 50 м2 жилого дома и использования газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза.

Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. - при их внешне высокой стоимости стоит отметить, что эти установки точно рассчитаны по объёму загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.

Если же вы хотите создать биогазовую установку самостоятельно, то дальнейшая информация - для вас!

Форма биореактора

Наилучшая форма для него будет овальной (яйцеобразной), однако соорудить такой реактор крайне сложно. Более лёгким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса или полукруга.

Реакторы квадратной или прямоугольной формы из кирпича или бетона будут малоэффективны, т. к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в них также будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации.

Стальные ёмкости биореакторов герметичны, устойчивы к высокому давлению, их не так сложно построить. Их минус - в слабой устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стенки защитного покрытия, к примеру, смолы. Снаружи поверхности стального биореактора необходимо тщательно зачистить и окрасить в два слоя.

Ёмкости биореакторов из бетона, кирпича или камня необходимо самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, способным обеспечить их эффективную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию сероводорода и органических кислот.

Помимо смолы для защиты внутренних поверхностей реактора можно использовать парафин, разбавленный 4% моторного масла (нового) или керосина и разогретый до 120–150 °С - поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя необходимо прогреть горелкой.

При создании биореактора можно воспользоваться не подверженными ржавчине ёмкостями из пластика, но только из жёсткого с достаточно прочными стенками. Мягкий пластик можно использовать только в тёплый сезон, т. к. с наступлением холодов на нём будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стенки его недостаточно прочны. Пластиковые биореакторы можно применять только для психрофильной ферментации органики.

Место размещения биореактора

Его размещение планируют в зависимости от свободного места на участке, удалённости от жилых построек, места размещения отходов и животных и т. д. Планирование наземного, полностью или частично погруженного в землю биореактора зависит от уровня грунтовых вод, удобства ввода и вывода органического субстрата в ёмкость реактора.

Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня земли - достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата, существенно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой можно применить недорогие материалы (солому, глину).

Оснащение биореактора

Ёмкость реактора требуется оборудовать люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы. Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического субстрата.

Теплоизоляция биореактора

Её отсутствие не позволит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, лишь в тёплое время. Для утепления заглубленного или полузаглубленного биореактора используется глина, солома, сухой навоз и шлак. Укладка утеплителя выполняется слоями - при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем ПВХ-плёнки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного материала с почвой.

До установки биореактора на дно котлована насыпается солома, поверх неё слой глины, затем выставляется биореактор. После этого все свободные участки между ёмкостью реактора и проложенным ПВХ-плёнкой котлованом засыпаются соломой практически до торца ёмкости, сверху засыпается 300 мм слой глины вперемешку со шлаком.

Диаметр труб загрузки в биореактор и выгрузки из него должен быть не меньше 300 мм, иначе они забьются. Каждую из них в целях сохранениях анаэробных условий внутри реактора следует оснастить винтовыми или полуоборотными задвижками. Объём бункера для подачи органики, в зависимости от типа биогазовой установки, должен быть равным суточному объёму вводимого сырья.

Бункер подачи следует расположить на солнечной стороне биореактора, т. к. это будет способствовать повышению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. Если же биогазовая установка связана непосредственно с фермой, то бункер следует разместить под её строением так, чтобы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.

Трубопроводы загрузки и выгрузки органического субстрата следует расположить по противоположным сторонам биореактора - в этом случае вводимое сырьё будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под воздействием гравитационных сил и массы свежего субстрата.

Отверстия и монтаж трубопровода под загрузку и выгрузку органики следует выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нём слоёв теплоизоляции. Герметичность внутреннего объёма биореактора достигается тем, что вводы труб расположены под острым углом, при этом уровень жидкости внутри реактора выше точек ввода труб - гидравлический затвор блокирует доступ воздуха.

Ввод нового и вывод прошедшего ферментацию органического материала проще всего проводить по принципу перелива, т. е. подъём уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объёме, равном объёму вводимого материала.

Если необходима быстрая загрузка органики, а эффективность ввода материала самотёком низка из-за недостатков рельефа, потребуется установка насосов. Способов два: сухой, при котором насос устанавливается внутрь загрузочной трубы и органика, поступая к насосу по вертикальной трубе, прокачивается им; влажный, при котором насос установлен в бункер загрузки, его привод осуществляется мотором, также установленным в бункер (в непроницаемом корпусе) либо через вал, мотор при этом установлен вне бункера.

Как собирать биогаз

Эта система включает в себя газовый трубопровод, распределяющий газ по потребителям, запорную арматуру, ёмкости для сбора конденсата, предохранительный клапан, ресивер, компрессор, газовый фильтр, газгольдер и приборы потребления газа. Монтаж системы выполняется лишь после полной установки биореактора в месте размещения.

Вывод для сбора биогаза выполняется в наиболее высшей точке реактора, к нему последовательно подключаются: герметичная ёмкость для сбора конденсата; предохранительный клапан и водяной затвор - ёмкость с водой, ввод газопровода в которую выполнен ниже уровня воды, вывод - выше (трубу газопровода перед водяным затвором следует изогнуть, чтобы вода не проникала в реактор), который не позволит двигаться газу в обратном направлении.

Образованный в ходе ферментации органического субстрата биогаз содержит в себе значительное количество паров воды, образующих конденсат по стенкам газопровода и в некоторых случаях блокирующих поступление газа к потребителям.

Поскольку сложно выстроить газопровод таким образом, чтобы по всей его длине существовал уклон по направлению к реактору, куда бы стекал конденсат, то в каждом его низком участке требуется установить водяные затворы в виде ёмкостей с водой. Во время работы биогазовой установки периодически требуется удалять из них часть воды, иначе её уровень полностью перекроет поступление газа.

Газопровод должен быть построен трубами одного диаметра и одного типа, все клапаны и элементы системы также должны иметь один и тот же диаметр. Стальные трубы диаметром от 12 до 18 мм применимы для биогазовых установок малой и средней мощности, расход биогаза, поступающего по трубам этих диаметров, не должен быть выше 1 м3/ч (при расходе 0,5 м3/ч не допускается использование труб диаметром 12 мм на длину свыше 60 м).

Это же условие действует при использовании в газопроводе пластиковых труб, кроме того, эти трубы необходимо закладывать ниже уровня земли на 250 мм, т. к. их пластик чувствителен к солнечному свету и теряет под воздействием солнечной радиации прочность.

При прокладке газопровода требуется самым тщательным образом убедиться в отсутствии протечек и газонепроницаемости мест соединений - проверка выполняется мыльным раствором.

Газовый фильтр

В биогазе содержится небольшое количество сероводорода, соединение которого с водой создаёт кислоту, активно коррозирующую металл - по этой причине нефильтрованный биогаз нельзя использовать для двигателей внутреннего сгорания. Между тем удалить сероводород из газа можно простым фильтром - 300 мм отрезком газовой трубы, наполненным сухой смесью металлической и деревянной стружки.

Через каждый 2 000 м3 биогаза, пройдённого через такой фильтр, необходимо извлечь его содержимое и выдержать около часа на отрытом воздухе - стружка будет полностью очищена от серы и её можно использовать повторно.

Запорная арматура и клапаны

В непосредственной близости от биореактора устанавливается основной газовый клапан, в магистраль газопровода следует врезать клапан, сбрасывающий биогаз при давлении более 0,5 кг/см2. Лучшими кранами для газовой системы будут шаровые клапаны с хромированным покрытием, использовать краны, предназначенные для водопроводных систем, в газовой нельзя. На каждом из потребителей газа установка шарового крана обязательна.

Механическое перемешивание

Для биореакторов небольшого объёма мешалки с ручным приводом подойдут лучше всего - они просты по своей конструкции и не требуют каких-то особых условий в процессе эксплуатации. Мешалка с механическим приводом устроена так - горизонтальный или вертикальный вал, размещённый внутри реактора по его центральной оси, на нём закреплены лопасти, при вращении перемещающие массы органики, богатую бактериями, от участка выгрузки ферментированного субстрата к месту загрузки свежей порции.

Будьте внимательны - мешалка должна вращаться только в направлении промешивания от участка выгрузки к участку загрузки, перемещение метанообразующих бактерий от созревшего субстрата к вновь поступившему ускорит созревание органики и выработку биогаза с высоким содержанием метана.

Как часто следует промешивать органический субстрат в биореакторе? Необходимо определить периодичность путём наблюдения, ориентируясь на выход биогаза - излишне частое промешивание нарушит ферментацию, т. к. помешает деятельности бактерий, кроме того, вызовет вывод непереработанной органики. В среднем промежуток времени между перемешиваниями должен составлять от 4-х до 6-ти часов.

Обогрев органического субстрата в биореакторе

Без обогрева реактор может вырабатывать биогаз только в психрофильном режиме, в результате количество вырабатываемого газа будет меньше, а качество удобрений хуже, чем при более высокотемпературных мезофильном и термофильном рабочих режимах.

Нагрев субстрата может производиться двумя способами: подогрев паром; соединение органики с горячей водой или подогрев с помощью теплообменника, в котором циркулирует горячая вода (без смешивания с органическим материалом).

Серьёзный недостаток подогрева паром (прямого подогрева) заключается в потребности включения в биогазовую установку системы парогенерации, включающую в себя систему очистки воды от присутствующей в ней соли.

Парогенерационная установка выгодна только для действительно больших установок, перерабатывающих большие объёмы субстрата, к примеру, сточные воды. Кроме того, нагрев паром не позволит точно контролировать температуру нагрева органики, в результате возможен её перегрев.

Теплообменики, размещённые внутри или снаружи биореакторной установки, производят непрямой подогрев органики внутри реактора. Сразу стоит отбросить вариант с обогревом через пол (фундамент), т. к. скопление твёрдого осадка на дне биореактора ему препятствует. Наилучшим вариантом будет ввод теплообменника внутрь реактора, однако образующий его материал должен быть достаточно прочным и успешно выдерживать напор органики при её промешивании.

Теплообменник большей площади лучше и однороднее обогреет органику, улучшая тем самым ферментационный процесс. Внешний обогрев, при его меньшей эффективности из-за теплопотери стенок, привлекателен тем, что ничто внутри биореактора не помешает движению субстрата.

Оптимальная температура в теплообменнике должна быть порядка 60 °С, сами теплообменники выполняются в виде радиаторных секций, змеевиков, параллельно сваренных труб. Поддержание температуры теплоносителя на уровне 60 °С снизит угрозу налипания на стенки теплообменника частиц взвесей, скопление которых существенно снизит теплопередачу. Оптимальное место размещения теплообменника - вблизи промешивающих лопастей, в этом случае угроза осаждения частиц органики на его поверхности минимальна.

Отопительный трубопровод биореактора выполняется и оснащается аналогично обычной системе отопления, т. е. должны соблюдаться условия возврата охлаждённой воды в наиболее низкую точку системы, требуются вентили спуска воздуха в её верхних точках. Контроль температуры органической массы внутри биореактора выполняется термометром, которым реактор следует оснастить.

Газгольдеры для сбора биогаза

При постоянном потреблении газа потребность в них отпадает, разве что они могут использоваться для выравнивания давления газа, что существенно улучшит процесс горения. Для биореакторных установок небольшой производительности на роль газгольдеров подойдут автомобильные камеры большого объёма, которые можно соединить между собой параллельно.

Более серьёзные газгольдеры, стальные или пластиковые, подбираются под конкретную биореакторную установку - в лучшем варианте газгольдер должен вмещать в себя объём биогаза суточной выработки. Требуемая ёмкость газгольдера зависит от его типа и давления, на которое он рассчитан, как правило, его объём 1/5...1/3 от внутреннего объёма биореактора.

Стальной газгольдер. Существуют три типа газгольдеров из стали: низкого давления, от 0,01 до 0,05 кг/см2; среднего, от 8 до 10 кг/см2; высокого, до 200 кг/см2. Стальные газгольдеры низкого давления использовать нецелесообразно, лучше заменить их пластиковыми газгольдерами - они дороги и применимы только при значительной дистанции между биогазовой установкой и приборами-потребителями.

Газгольдеры низкого давления применяются в основном для выравнивания разницы между суточным выходом биогаза и его фактическим потреблением.

В стальные газгольдеры среднего и высокого давления биогаз закачивается компрессором, они используются только на биореакторах средней и крупной мощности.

Газгольдеры необходимо оснастить следующими контрольно-измерительными приборами: предохранительным клапаном, водяным затвором, редуктором давлений и манометром. Газгольдеры из стали обязательно подлежат заземлению! опубликовано

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Социальный проект Biobolsa обеспечивает местных крестьян простыми биогазовыми установками, которые позволяют им автономно получать газ из органических отходов. В 2010 году проект стартовал в Мексике, а сегодня активно развивается в 9 странах Латинской Америки и Африке.

Идея проекта Biobolsa возникла еще в 2007 году, когда молодой мескиканец Алекс Итон решил сделать бюджетный анаэробный биореактор природного газа для фермерских хозяйств. К 2010 году Алекс оформил все патенты и полноценно запустил первый пилотный проект.

Что собой преставляет биореактор Biobolsa?

В принципе ничего сложного, большие прочные мембранные мешки 15 метров в длину 2 метра в ширину и более 2 м в высоту. Их вместимость около 40000 литров жидкости, и возможность переработки до 1 тонны отходов в день. Есть более компактные решения 2х2 метра для небольшой семьи, они перерабатывают до 20 кг отходов.

При помощи такой биогазовой установки одна крестьянская семья с четырьмя свиньями может производить достаточное количество биогаза для готовки на кухне.

Фермеры часто видят увеличение урожайности на 20-40% в первый год, и с каждым годом она только растет. На ферме с 1000 свиней, семья оснащается системой, которая способна производить больше энергии, чем они могут потреблять и они даже продают электроэнергию обратно в мексиканскую электросеть.

Повсеместное внедрение таких биогазовых установок благотворно сказывается и на экологии. Согласно исследований Организации продовольства FAO, современный сельскохозяйственный бизнес генерирует больше выбросов парниковых газов, чем транспорт. Этот сектор также загрязняет водные источники отходами животного происхождения, антибиотиками, гормонами, химическими удобрениями и пестицидами которые используются для выращивания сельскохозяйственных культур.

Биогазовые установки превращают метан и диоксид углерода в энергии, уменьшая парниковых газов от сельскохозяйственной деятельности, а использование органических удобрений предотвращает загрязнение водосборных бассейнов. Фермеры которые перешли на биогаз в качестве источника питания для своих домов не зависят от ископаемого топлива, не рубят для топлива. Это замедляет обезлесение и улучшает качество воздуха.

Таким образом биогазовые установки это немного больше, чем просто мешки для сельских семей. Итон утверждает, что такой подход также пробуждает эмоциональную связь с миром вокруг, и фермеры начинают проникаться культурой повторного использования отходов.

При поддержке различных фондов и государственных учреждений, создателям Biobolsa удалось обеспечить частичное субсидирование для заинтересованных сторон. И это послужило толчком для внедрения установок в самых бедных и депрессивных регионах Латинской Америки. В этом году планируется запустить еще 2 пилотных проекта в Африке.

Biobolsa получил несколько международных наград, как социальное предпринимательство, среди прочих, сеть развития бизнеса Network из Голландии, вручила награду 10000 евро, что послужило мощным толчком в развитии проекта.

«По нашим оценкам, только в Мескике есть 4 миллиона домов, которые потенциально могли бы использовать биогазовые установки», рассказывает Алекс Итон.

По материалам:

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.