Výroba bioplynu. Základná teória

Jedným z problémov, ktoré treba v poľnohospodárstve vyriešiť, je likvidácia hnoja a rastlinného odpadu. A to je dosť vážny problém, ktorý si vyžaduje neustálu pozornosť. Recyklácia si vyžaduje nielen čas a námahu, ale aj značné sumy. Dnes existuje aspoň jeden spôsob, ako premeniť túto bolesť hlavy na zdroj príjmu: spracovanie hnoja na bioplyn. Technológia je založená na prirodzenom procese rozkladu hnoja a rastlinných zvyškov vďaka baktériám, ktoré obsahujú. Celá úloha spočíva vo vytvorení špeciálnych podmienok pre čo najkompletnejší rozklad. Týmito podmienkami sú absencia prístupu kyslíka a optimálna teplota (40-50 o C).

Každý vie, ako sa hnoj najčastejšie likviduje: ukladajú ho na kopy, potom ho po vykvasení vyvezú na pole. Vzniknutý plyn sa v tomto prípade uvoľní do atmosféry a unikne tam aj 40 % dusíka obsiahnutého vo východiskovej látke a väčšina fosforu. Výsledné hnojivo má ďaleko od ideálu.

Na získanie bioplynu je potrebné, aby proces rozkladu hnoja prebiehal bez prístupu kyslíka, v uzavretom objeme. V tomto prípade zostáva vo zvyškovom produkte dusík aj fosfor a plyn sa hromadí v hornej časti nádoby, odkiaľ sa dá ľahko odčerpať. Zdroje zisku sú dva: samotný plyn a účinné hnojivo. Okrem toho je hnojivo najvyššej kvality a na 99 % bezpečné: väčšina patogénnych mikroorganizmov a vajíčok hlíst odumiera a semená burín obsiahnuté v hnoji strácajú svoju životaschopnosť. Existujú dokonca linky na balenie týchto zvyškov.

Druhým predpokladom procesu spracovania hnoja na bioplyn je udržiavanie optimálnej teploty. Baktérie obsiahnuté v biomase sú pri nízkych teplotách neaktívne. Začínajú pôsobiť pri teplote okolia +30 o C. Hnoj navyše obsahuje dva druhy baktérií:

Najúčinnejšie sú teplomilné zariadenia s teplotami od +43 o C do +52 o C: v nich sa hnoj spracováva 3 dni a výstup z 1 litra úžitkovej plochy bioreaktora je až 4,5 litra bioplynu (tj. maximálny výkon). Ale udržiavanie teploty +50 o C vyžaduje značné energetické výdavky, ktoré nie sú rentabilné v každej klíme. Preto bioplynové stanice často pracujú pri mezofilných teplotách. V tomto prípade môže byť doba spracovania 12-30 dní, výťažnosť je približne 2 litre bioplynu na 1 liter objemu bioreaktora.

Zloženie plynu sa mení v závislosti od surovín a podmienok spracovania, ale je približne nasledovné: metán - 50-70%, oxid uhličitý - 30-50% a obsahuje aj malé množstvo sírovodíka (menej ako 1 %) a veľmi malé množstvá amoniaku, vodíka a zlúčenín dusíka. V závislosti od konštrukcie zariadenia môže bioplyn obsahovať značné množstvo vodnej pary, čo bude vyžadovať sušenie (inak jednoducho nebude horieť). Ako vyzerá priemyselná inštalácia, ukazuje video.

Dá sa povedať, že ide o celý závod na výrobu plynu. Ale pre súkromnú farmu alebo malú farmu sú takéto objemy zbytočné. Najjednoduchšiu bioplynovú stanicu je ľahké vyrobiť vlastnými rukami. Otázka však znie: „Kam by sa mal bioplyn poslať ďalej? Spalné teplo vzniknutého plynu je od 5340 kcal/m3 do 6230 kcal/m3 (6,21 - 7,24 kWh/m3). Preto môže byť dodávaný do plynového kotla na výrobu tepla (kúrenie a ohrev vody), alebo do zariadenia na výrobu elektriny, do plynového sporáka atď. Takto využíva hnoj zo svojej prepeličej farmy konštruktér bioplynovej stanice Vladimír Rašin.

Ukazuje sa, že ak máte aspoň slušné množstvo dobytka a hydiny, môžete plne uspokojiť potreby svojej farmy na teplo, plyn a elektrinu. A ak nainštalujete plynové inštalácie na autá, bude to tiež poskytovať palivo pre vozový park. Vzhľadom na to, že podiel energetických zdrojov na výrobných nákladoch je 70-80%, môžete ušetriť iba na bioreaktore a potom zarobiť veľa peňazí. Nižšie je uvedený screenshot ekonomického výpočtu rentability bioplynovej stanice pre malú farmu (stav k septembru 2014). Farma sa nedá nazvať malou, no rozhodne nie je ani veľká. Ospravedlňujeme sa za terminológiu - to je štýl autora.

Toto je približný rozpis požadovaných nákladov a možných príjmov Schémy pre domáce bioplynové stanice

Schémy domácich bioplynových staníc

Najjednoduchšou schémou bioplynovej stanice je uzavretá nádoba - bioreaktor, do ktorej sa naleje pripravená kaša. V súlade s tým existuje poklop na nakladanie hnoja a poklop na vykladanie spracovaných surovín.

Najjednoduchšia schéma bioplynovej stanice bez akýchkoľvek zvončekov a píšťaliek

Nádoba nie je úplne naplnená substrátom: 10-15% objemu by malo zostať voľných na zachytávanie plynu. Vo veku nádrže je zabudované potrubie na výstup plynu. Keďže výsledný plyn obsahuje pomerne veľké množstvo vodnej pary, v tejto forme nebude horieť. Preto je potrebné prejsť cez vodný uzáver, aby sa vysušil. V tomto jednoduchom zariadení bude väčšina vodnej pary kondenzovať a plyn bude dobre horieť. Potom je vhodné plyn očistiť od nehorľavého sírovodíka a až potom ho možno privádzať do plynojemu - nádoby na zachytávanie plynu. A odtiaľ môže byť distribuovaný spotrebiteľom: privádzaný do kotla alebo plynovej rúry. Pozrite si video a zistite, ako vyrobiť filtre pre bioplynovú stanicu vlastnými rukami.

Veľké priemyselné inštalácie sú umiestnené na povrchu. A to je v zásade pochopiteľné - objem pozemkových prác je príliš veľký. Ale na malých farmách je miska bunkra zakopaná v zemi. To vám po prvé umožňuje znížiť náklady na udržiavanie požadovanej teploty a po druhé, na súkromnom dvore je už dostatok všetkých druhov zariadení.

Nádobu je možné odobrať už hotovú alebo z tehly, betónu atď. vo vykopanej jame. Ale v tomto prípade sa budete musieť postarať o tesnosť a nepriepustnosť vzduchu: proces je anaeróbny - bez prístupu vzduchu, preto je potrebné vytvoriť vrstvu nepriepustnú pre kyslík. Štruktúra sa ukáže ako viacvrstvová a výroba takéhoto bunkra je dlhý a nákladný proces. Preto je lacnejšie a jednoduchšie zakopať hotovú nádobu. Predtým to boli nevyhnutne kovové sudy, často vyrobené z nehrdzavejúcej ocele. Dnes, s príchodom PVC kontajnerov na trh, ich môžete použiť. Sú chemicky neutrálne, majú nízku tepelnú vodivosť, dlhú životnosť a sú niekoľkonásobne lacnejšie ako nerez.

Vyššie opísaná bioplynová stanica však bude mať nízku produktivitu. Na aktiváciu procesu spracovania je potrebné aktívne premiešavanie hmoty umiestnenej v násypke. V opačnom prípade sa na povrchu alebo v hrúbke substrátu vytvorí kôra, ktorá spomaľuje proces rozkladu a na výstupe sa tvorí menej plynu. Miešanie sa vykonáva akýmkoľvek dostupným spôsobom. Napríklad, ako to ukazuje video. V tomto prípade je možné vykonať akýkoľvek pohon.

Existuje aj iný spôsob miešania vrstiev, ktorý je však nemechanický – barbitácia: vzniknutý plyn sa pod tlakom privádza do spodnej časti nádoby s hnojom. Plynové bubliny, ktoré stúpajú nahor, rozbijú kôru. Keďže sa dodáva rovnaký bioplyn, nedôjde k žiadnym zmenám v podmienkach spracovania. Taktiež tento plyn nemožno považovať za spotrebu – opäť skončí v plynojeme.

Ako bolo uvedené vyššie, dobrý výkon vyžaduje zvýšené teploty. Aby ste nevynaložili príliš veľa peňazí na udržiavanie tejto teploty, musíte sa postarať o izoláciu. Aký typ tepelného izolátora si vybrať, je samozrejme na vás, ale dnes je najoptimálnejší polystyrén. Nebojí sa vody, nie je ovplyvnená hubami a hlodavcami, má dlhú životnosť a vynikajúce tepelnoizolačné vlastnosti.

Tvar bioreaktora môže byť rôzny, no najbežnejší je valcový. Nie je to ideálne z hľadiska náročnosti miešania substrátu, ale používa sa to častejšie, pretože ľudia nazbierali veľa skúseností so stavbou takýchto nádob. A ak je takýto valec rozdelený prepážkou, potom môžu byť použité ako dve samostatné nádrže, v ktorých sa proces posúva v čase. V tomto prípade môže byť do priečky zabudované vykurovacie teleso, čím sa vyrieši problém udržiavania teploty v dvoch komorách naraz.

V najjednoduchšej verzii sú domáce bioplynové stanice obdĺžniková jama, ktorej steny sú vyrobené z betónu a pre tesnosť sú ošetrené vrstvou sklenených vlákien a polyesterovej živice. Táto nádoba je vybavená vekom. Použitie je mimoriadne nepohodlné: zahrievanie, miešanie a odstraňovanie fermentovanej hmoty sa ťažko realizuje a nie je možné dosiahnuť úplné spracovanie a vysokú účinnosť.

O niečo lepšia je situácia so zákopovými zariadeniami na spracovanie hnoja na bioplyn. Majú skosené hrany, čo uľahčuje nakladanie čerstvého hnoja. Ak spravíte spodok naklonený, tak sa vám vykvasená hmota samospádom posunie na jednu stranu a bude sa ľahšie vyberať. Pri takýchto inštaláciách je potrebné zabezpečiť tepelnú izoláciu nielen stien, ale aj veka. Realizovať takúto bioplynovú stanicu vlastnými rukami nie je ťažké. Ale úplné spracovanie a maximálne množstvo plynu sa v ňom dosiahnuť nedá. Aj s kúrením.

Základné technické otázky boli vyriešené a teraz poznáte niekoľko spôsobov, ako postaviť zariadenie na výrobu bioplynu z hnoja. Stále existujú technologické nuansy.

Čo sa dá recyklovať a ako dosiahnuť dobré výsledky

Hnoj akéhokoľvek zvieraťa obsahuje organizmy potrebné na jeho spracovanie. Zistilo sa, že na fermentačnom procese a produkcii plynu sa podieľa viac ako tisíc rôznych mikroorganizmov. Najdôležitejšiu úlohu zohrávajú látky tvoriace metán. Tiež sa predpokladá, že všetky tieto mikroorganizmy sa nachádzajú v optimálnych pomeroch v hnoji dobytka. V každom prípade pri spracovaní tohto druhu odpadu v kombinácii s rastlinnou hmotou sa uvoľňuje najväčšie množstvo bioplynu. V tabuľke sú uvedené priemerné údaje pre najbežnejšie druhy poľnohospodárskeho odpadu. Upozorňujeme, že toto množstvo plynu je možné získať za ideálnych podmienok.

Pre dobrú produktivitu je potrebné udržiavať určitú vlhkosť podkladu: 85-90%. Ale treba použiť vodu, ktorá neobsahuje cudzie chemikálie. Negatívny vplyv na procesy majú rozpúšťadlá, antibiotiká, čistiace prostriedky atď. Tiež, aby proces prebiehal normálne, kvapalina by nemala obsahovať veľké fragmenty. Maximálne veľkosti fragmentov: 1*2 cm, menšie sú lepšie. Preto, ak plánujete pridať bylinné zložky, musíte ich rozdrviť.

Pre normálne spracovanie v substráte je dôležité udržiavať optimálnu úroveň pH: v rozmedzí 6,7-7,6. Prostredie má zvyčajne normálnu kyslosť a len občas sa kyselinotvorné baktérie vyvinú rýchlejšie ako baktérie tvoriace metán. Potom sa prostredie stáva kyslým, produkcia plynu klesá. Na dosiahnutie optimálnej hodnoty pridajte do substrátu bežné vápno alebo sódu.

Teraz trochu o čase, ktorý je potrebný na spracovanie hnoja. Vo všeobecnosti čas závisí od vytvorených podmienok, ale prvý plyn môže začať prúdiť už na tretí deň po začiatku fermentácie. Najaktívnejšia tvorba plynu nastáva, keď sa hnoj rozkladá o 30-33%. Aby ste mali predstavu o čase, povedzme, že po dvoch týždňoch sa substrát rozloží o 20 – 25 %. To znamená, že optimálne by spracovanie malo trvať mesiac. V tomto prípade je hnojivo najvyššej kvality.

Výpočet objemu zásobníka na spracovanie

Pre malé farmy je optimálna inštalácia konštantná - vtedy sa čerstvý hnoj dodáva v malých dávkach denne a odstraňuje sa v rovnakých dávkach. Aby sa proces nenarušil, podiel dennej záťaže by nemal presiahnuť 5 % spracovaného objemu.

Domáce zariadenia na spracovanie hnoja na bioplyn nie sú vrcholom dokonalosti, ale sú dosť efektívne

Na základe toho ľahko určíte potrebný objem nádrže pre domácu bioplynovú stanicu. Denný objem hnoja z vašej farmy (už v zriedenom stave s vlhkosťou 85-90%) musíte vynásobiť 20 (to je pre mezofilné teploty, pre teplomilné budete musieť násobiť 30). K výslednému údaju je potrebné pridať ďalších 15-20% - voľný priestor na zber bioplynu pod kupolou. Poznáte hlavný parameter. Všetky ďalšie náklady a parametre systému závisia od toho, ktorá schéma bioplynovej stanice je zvolená na implementáciu a ako všetko urobíte. Je celkom možné vystačiť si s improvizovanými materiálmi alebo si môžete objednať inštaláciu na kľúč. Vývoj továrne bude stáť od 1,5 milióna eur, inštalácie od Kulibinovcov budú lacnejšie.

Zákonná registrácia

Inštalácia bude musieť byť koordinovaná s SES, plynárenským inšpektorátom a hasičmi. Budete potrebovať:

• Technologická schéma inštalácie.
• Plán usporiadania zariadení a komponentov s ohľadom na samotnú inštaláciu, miesto inštalácie tepelnej jednotky, umiestnenie potrubí a energetických rozvodov a prípojky čerpadiel. Diagram by mal označovať bleskozvod a prístupové cesty.
• Ak bude inštalácia umiestnená v interiéri, potom bude potrebný aj plán vetrania, ktorý zabezpečí minimálne osemnásobnú výmenu všetkého vzduchu v miestnosti.

Ako vidíme, bez byrokracie sa tu nezaobídeme.

Na záver trochu o výkone inštalácie. V priemere za deň vyprodukuje bioplynová stanica objem plynu dvojnásobok užitočného objemu zásobníka. To znamená, že 40 m 3 kalu vyprodukuje 80 m 3 plynu za deň. Na zabezpečenie samotného procesu (hlavnou nákladovou položkou je vykurovanie) pôjde približne 30 %. Tie. na výstupe dostanete 56 m 3 bioplynu za deň. Podľa štatistík je na pokrytie potrieb trojčlennej rodiny a na vykurovanie priemerne veľkého domu potrebných 10 m 3 . V čistom zostatku máte 46 m3 za deň. A to s malou inštaláciou.

Výsledky

Investíciou určitej sumy peňazí do zriadenia bioplynovej stanice (vlastnými rukami alebo na kľúč) uspokojíte nielen vlastné potreby a potreby tepla a plynu, ale budete môcť aj predávať plyn, nakoľko ako aj vysokokvalitné hnojivá vznikajúce pri spracovaní.

Technológia výroby bioplynu. Moderné komplexy chovu hospodárskych zvierat zabezpečujú vysoké ukazovatele produkcie. Použité technologické riešenia umožňujú plne vyhovieť požiadavkám súčasných sanitárnych a hygienických noriem v priestoroch samotných areálov.

Veľké množstvá hnojovice sústredené na jednom mieste však spôsobujú značné problémy pre ekológiu oblastí susediacich s komplexom. Napríklad čerstvý bravčový hnoj a trus sú klasifikované ako odpad 3. triedy nebezpečnosti. Environmentálna problematika je pod kontrolou dozorných orgánov a legislatívne požiadavky na túto problematiku sa neustále sprísňujú.

Biokomplex ponúka komplexné riešenie likvidácie hnojovice, ktoré zahŕňa zrýchlené spracovanie v moderných bioplynových staniciach (BGU). Počas procesu spracovania prebiehajú prirodzené procesy rozkladu organickej hmoty v zrýchlenom režime s uvoľňovaním plynu vrátane: metánu, CO2, síry atď. Len výsledný plyn sa neuvoľňuje do atmosféry, čo spôsobuje skleníkový efekt, ale posiela sa do špeciálnych generátorových (kogeneračných) jednotiek, ktoré vyrábajú elektrickú a tepelnú energiu.

Bioplyn - horľavý plyn, vznikajúce pri anaeróbnej metánovej fermentácii biomasy a pozostávajúce najmä z metánu (55-75 %), oxidu uhličitého (25-45 %) a nečistôt sírovodíka, amoniaku, oxidov dusíka a iných (menej ako 1 %).

K rozkladu biomasy dochádza v dôsledku chemických a fyzikálnych procesov a symbiotickej životnej aktivity 3 hlavných skupín baktérií, pričom produkty látkovej výmeny niektorých skupín baktérií sú potravinové produkty iných skupín, v určitom poradí.

Prvú skupinu tvoria hydrolytické baktérie, druhú kyselinotvornú, tretiu metánotvornú.

Ako suroviny na výrobu bioplynu možno použiť ako organický agropriemyselný alebo domový odpad, tak aj rastlinné suroviny.

Najbežnejšie druhy poľnohospodárskeho odpadu používaného na výrobu bioplynu sú:

• hnoj ošípaných a dobytka, podstielka pre hydinu;
• zvyšky z kŕmneho stola komplexov hovädzieho dobytka;
• zeleninové vrcholy;
• neštandardná úroda obilnín a zeleniny, cukrovej repy, kukurice;
• dužina a melasa;
• múka, mláto, drobné zrno, klíčky;
• pivovarské obilie, sladové klíčky, bielkovinové kaly;
• odpad z výroby škrobu a sirupu;
• ovocné a zeleninové výlisky;
• sérum;
• atď.

Zdroj surovín	Druh suroviny	Množstvo surovín za rok, m3 (tony)	Množstvo bioplynu, m3
1 dojná krava	Neupravený tekutý hnoj
1 prasa na výkrm	Neupravený tekutý hnoj
1 býk vo výkrme	Podstielka tuhého hnoja
1 kôň	Podstielka tuhého hnoja
100 kurčiat	Suchý trus
1 ha ornej pôdy	Čerstvá kukuričná siláž
1 ha ornej pôdy	Cukrová trstina
1 ha ornej pôdy	Čerstvá obilná siláž
1 ha ornej pôdy	Čerstvá trávna siláž

Počet substrátov (druhov odpadu) používaných na výrobu bioplynu v rámci jednej bioplynovej stanice (BGU) sa môže meniť od jedného do desať alebo viac.

Bioplynové projekty v agropriemyselnom sektore môžu byť vytvorené podľa jednej z nasledujúcich možností:

• výroba bioplynu z odpadu zo samostatného podniku (napríklad hnoj z chovu hospodárskych zvierat, bagasa z cukrovaru, výpalky z liehovaru);
• výroba bioplynu založená na odpade z rôznych podnikov, pričom projekt je spojený so samostatným podnikom alebo samostatne umiestnenou centralizovanou bioplynovou stanicou;
• výroba bioplynu s primárnym využitím energetických zariadení na samostatne umiestnených bioplynových staniciach.

Najčastejším spôsobom energetického využitia bioplynu je spaľovanie v plynových piestových motoroch v rámci mini-KVET, pri výrobe elektriny a tepla.

Existovať rôzne možnosti technologických schém bioplynových staníc- v závislosti od druhov a počtu druhov použitých substrátov. Použitie predprípravy v niektorých prípadoch umožňuje dosiahnuť zvýšenie rýchlosti a stupňa rozkladu surovín v bioreaktoroch a tým aj zvýšenie celkového výťažku bioplynu. V prípade použitia viacerých substrátov s rôznymi vlastnosťami, napríklad tekutého a pevného odpadu, sa ich akumulácia a predbežná príprava (separácia na frakcie, mletie, zahrievanie, homogenizácia, biochemická alebo biologická úprava a pod.) vykonáva oddelene, po ktorej buď sa zmiešajú pred dodaním do bioreaktorov, alebo sa dodávajú v oddelených prúdoch.

Hlavné konštrukčné prvky typickej bioplynovej stanice sú:

• systém na príjem a predbežnú prípravu podkladov;
• systém prepravy substrátu v rámci inštalácie;
• bioreaktory (fermentory) s miešacím systémom;
• vykurovací systém bioreaktora;
• systém na odstraňovanie a čistenie bioplynu od nečistôt sírovodíka a vlhkosti;
• skladovacie nádrže na fermentovanú hmotu a bioplyn;
• systém pre softvérové ​​riadenie a automatizáciu technologických procesov.

Technologické schémy bioplynových staníc sa líšia v závislosti od typu a počtu spracovávaných substrátov, typu a kvality finálnych cieľových produktov, konkrétneho know-how, ktoré využíva spoločnosť poskytujúca technologické riešenie a mnohých ďalších faktorov. Najbežnejšie sú dnes schémy s jednostupňovou fermentáciou niekoľkých druhov substrátov, z ktorých jedným je zvyčajne hnoj.

S rozvojom bioplynových technológií sa používané technické riešenia stávajú zložitejšími smerom k dvojstupňovým schémam, čo je v niektorých prípadoch odôvodnené technologickou potrebou efektívneho spracovania určitých druhov substrátov a zvyšovaním celkovej efektívnosti využitia pracovného objemu bioreaktorov.

Vlastnosti výroby bioplynu je, že ho môžu produkovať metánové baktérie len z absolútne suchých organických látok. Úlohou prvej etapy výroby je preto vytvoriť zmes substrátu, ktorá má vysoký obsah organických látok a zároveň je čerpateľná. Ide o substrát s obsahom sušiny 10-12%. Riešenie sa dosiahne uvoľnením prebytočnej vlhkosti pomocou skrutkových separátorov.

Kvapalný hnoj prichádza z výrobných priestorov do nádrže, je homogenizovaný pomocou ponorného miešadla a ponorným čerpadlom je dodávaný do separačnej dielne do šnekových separátorov. Kvapalná frakcia sa hromadí v samostatnej nádrži. Pevná frakcia sa naplní do podávača pevnej suroviny.

V súlade s harmonogramom nakladania substrátu do fermentora sa podľa vyvinutého programu periodicky zapína čerpadlo, ktoré dodáva tekutú frakciu do fermentora a súčasne sa zapne nakladač pevných surovín. Voliteľne je možné tekutú frakciu naplniť do nakladača pevných surovín, ktorý má funkciu miešania, a následne hotovú zmes priviesť do fermentora podľa vyvinutého nakladacieho programu.Inklúzie sú krátkodobé. Deje sa tak, aby sa zabránilo nadmernému príjmu organického substrátu do fermentora, pretože to môže narušiť rovnováhu látok a spôsobiť destabilizáciu procesu vo fermentore. Súčasne sa zapínajú aj čerpadlá, ktoré prečerpávajú digestát z fermentora do fermentora a z fermentora do zásobnej nádrže digestátu (lagúny), aby sa zabránilo pretečeniu fermentora a fermentora.

Hmoty digestátu nachádzajúce sa vo fermentore a fermentore sa zmiešajú, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie baktérií v celom objeme nádob. Na miešanie sa používajú nízkootáčkové miešačky špeciálnej konštrukcie.

Kým je substrát vo fermentore, baktérie uvoľňujú až 80 % celkového množstva bioplynu produkovaného bioplynovou stanicou. Zvyšná časť bioplynu sa uvoľňuje vo vyhnívacom zariadení.

Dôležitú úlohu pri zabezpečení stabilného množstva uvoľneného bioplynu zohráva teplota kvapaliny vo vnútri fermentora a fermentora. Proces spravidla prebieha v mezofilnom režime s teplotou 41-43ᴼС. Udržiavanie stabilnej teploty sa dosahuje použitím špeciálnych rúrkových ohrievačov vo vnútri fermentorov a fermentorov, ako aj spoľahlivou tepelnou izoláciou stien a potrubí. Bioplyn vychádzajúci z digestátu má vysoký obsah síry. Bioplyn sa čistí od síry pomocou špeciálnych baktérií, ktoré kolonizujú povrch izolácie položenej na drevenej trámovej klenbe vo vnútri fermentorov a fermentorov.

Bioplyn sa akumuluje v plynojeme, ktorý je vytvorený medzi povrchom digestátu a elastickým, vysoko pevným materiálom pokrývajúcim fermentor a fermentor na vrchu. Materiál má schopnosť značne sa roztiahnuť (bez zníženia pevnosti), čo pri akumulácii bioplynu výrazne zvyšuje kapacitu zásobníka plynu. Aby sa zabránilo pretečeniu plynovej nádrže a prasknutiu materiálu, je tu poistný ventil.

Ďalej bioplyn vstupuje do kogeneračnej jednotky. Kogeneračná jednotka (CGU) je jednotka, v ktorej elektrickú energiu vyrábajú generátory poháňané plynovými piestovými motormi na bioplyn. Kogenerátory poháňané bioplynom majú konštrukčné odlišnosti od konvenčných motorov plynových generátorov, pretože bioplyn je veľmi ochudobnené palivo. Elektrická energia generovaná generátormi dodáva energiu do elektrického zariadenia samotnej BSU a všetko nad rámec toho sa dodáva blízkym spotrebiteľom. Energia kvapaliny používanej na chladenie kogenerátorov je generovaná tepelná energia mínus straty v kotlových zariadeniach. Vzniknutá tepelná energia sa čiastočne využíva na ohrev fermentorov a fermentorov a zvyšná časť sa posiela aj blízkym spotrebiteľom. vstúpi

Je možné inštalovať dodatočné zariadenie na čistenie bioplynu na úroveň zemného plynu, ide však o drahé zariadenie a využíva sa len v prípade, ak účelom bioplynovej stanice nie je výroba tepelnej a elektrickej energie, ale výroba paliva pre plynové piestové motory. Osvedčenými a najčastejšie používanými technológiami čistenia bioplynu sú vodná absorpcia, tlaková adsorpcia, chemické zrážanie a membránová separácia.

Energetická efektívnosť bioplynových elektrární do značnej miery závisí od zvolenej technológie, materiálov a dizajnu hlavných konštrukcií, ako aj od klimatických podmienok v oblasti, kde sa nachádzajú. Priemerná spotreba tepelnej energie na vykurovanie bioreaktorov v miernom klimatickom pásme je 15 – 30 % energie vyrobenej v kogenerátoroch (brutto).

Celková energetická účinnosť bioplynového komplexu s tepelnou elektrárňou spaľujúcou bioplyn je v priemere 75 – 80 %. V situácii, keď všetko teplo prijaté z kogeneračnej stanice pri výrobe elektriny nie je možné spotrebovať (bežná situácia pre nedostatok externých odberateľov tepla), uniká do atmosféry. V tomto prípade je energetická účinnosť bioplynovej tepelnej elektrárne len 35 % z celkovej energie bioplynu.

Hlavné ukazovatele výkonnosti bioplynových staníc sa môžu značne líšiť, čo je do značnej miery dané použitými substrátmi, prijatými technologickými predpismi, prevádzkovými postupmi a úlohami, ktoré jednotlivé zariadenia vykonávajú.

Proces spracovania hnoja netrvá dlhšie ako 40 dní. Digest získaný spracovaním je bez zápachu a je výborným organickým hnojivom, v ktorom sa dosiahol najvyšší stupeň mineralizácie živín absorbovaných rastlinami.

Digestát sa zvyčajne separuje na kvapalné a pevné frakcie pomocou závitovkových separátorov. Kvapalná frakcia sa posiela do lagún, kde sa hromadí až do obdobia aplikácie do pôdy. Pevná frakcia sa používa aj ako hnojivo. Ak sa na pevnú frakciu aplikuje dodatočné sušenie, granulácia a balenie, bude vhodná na dlhodobé skladovanie a prepravu na veľké vzdialenosti.

Výroba a energetické využitie bioplynu má množstvo výhod opodstatnených a potvrdených svetovou praxou, a to:

1. Obnoviteľný zdroj energie (OZE). Na výrobu bioplynu sa využíva obnoviteľná biomasa.
2. Široká škála surovín používaných na výrobu bioplynu umožňuje výstavbu bioplynových staníc prakticky všade v oblastiach, kde sa sústreďuje poľnohospodárska výroba a technologicky príbuzné odvetvia.
3. Všestrannosť spôsobov energetického využitia bioplynu ako na výrobu elektrickej a/alebo tepelnej energie v mieste jeho vzniku, tak na akomkoľvek zariadení napojenom na plynovú prepravnú sieť (v prípade dodávky vyčisteného bioplynu do tejto siete ), ako aj motorové palivo pre automobily.
4. Stabilita výroby elektriny z bioplynu počas celého roka umožňuje pokryť špičkové zaťaženia v sieti, a to aj v prípade využívania nestabilných obnoviteľných zdrojov energie, napríklad solárnych a veterných elektrární.
5. Vytváranie pracovných miest prostredníctvom vytvárania trhového reťazca od dodávateľov biomasy až po obsluhu energetických zariadení.
6. Zníženie negatívneho vplyvu na životné prostredie prostredníctvom recyklácie a neutralizácie odpadu prostredníctvom riadenej fermentácie v bioplynových reaktoroch. Bioplynové technológie sú jedným z hlavných a najracionálnejších spôsobov neutralizácie organického odpadu. Projekty výroby bioplynu znižujú emisie skleníkových plynov do atmosféry.
7. Agrotechnický efekt využívania hmoty fermentovanej v bioplynových reaktoroch na poľnohospodárskych poliach sa prejavuje zlepšením pôdnej štruktúry, regeneráciou a zvýšením ich úrodnosti v dôsledku zavádzania živín organického pôvodu. Rozvoj trhu s organickými hnojivami, vrátane hnojív z hmoty spracovanej v bioplynových reaktoroch, v budúcnosti prispeje k rozvoju trhu s ekologickými poľnohospodárskymi produktmi a zvýši jeho konkurencieschopnosť.

Odhadované jednotkové investičné náklady

BGU 75 kWel. ~ 9 000 €/kWel.

BGU 150 kWel. ~ 6 500 €/kWel.

BGU 250 kWel. ~ 6 000 €/kWel.

BGU do 500 kWel. ~ 4 500 €/kWel.

BGU 1 MWel. ~ 3 500 €/kWel.

Vyrobená elektrická a tepelná energia dokáže uspokojiť nielen potreby areálu, ale aj priľahlej infraštruktúry. Navyše suroviny pre bioplynové stanice sú zadarmo, čo zaisťuje vysokú ekonomickú efektívnosť po návratnosti (4-7 rokov). Náklady na energiu vyrobenú v bioplynových elektrárňach časom nerastú, ale naopak klesajú.

Zloženie bioplynu sa mení v závislosti od toho, ako sa získava a aké suroviny sa naň používajú. Najstabilnejší bioplyn sa vyrába v bioplynových staniciach fermentáciou surovín pod vplyvom baktérií. Ako suroviny sa používa organický odpad, ako aj odpadky a rastlinný odpad. Na metánovom rozklade surovinovej hmoty sa podieľajú hydrolytické, kyselinotvorné a metánotvorné baktérie. V procese rozkladu organických látok na tuky, cukry a aminokyseliny, pri interakcii s metanogénnymi baktériami, vzniká bioplyn.

Produkovaný biologický plyn je zmes plynov, z ktorých najväčšie percento tvoria metán a oxid uhličitý. Okrem týchto plynov obsahuje kompozícia vodík, sírovodík a ďalšie. Bioplyn môže byť biometán alebo biovodík. Biometán je analógom zemného plynu. Je založený na metáne. Percento každého plynu sa líši.

Zložky bioplynu sú približne v týchto pomeroch:

• Metán 40-70 percent;
• Oxid uhličitý 30-60 percent;
• sírovodík 0-3 percentá;
• vodík 0-1 percent;
• Ostatné plyny 1-5 percent.

Kvalita bioplynu je priamo závislá od kvality a zloženia biomasy. Sacharidové zložky surového substrátu produkujú menej metánu ako bielkoviny a tuky. Napríklad kukurica obsahuje veľa sacharidov a nedá sa z nej získať viac ako 53 percent metánu. Suroviny obsahujúce viac tuku budú produkovať vysoké percento metánu v bioplyne, čím sa zvýši jeho energetická hodnota. Nadbytočný tuk však vedie k inhibícii procesu tvorby bioplynu a dokonca k jeho úplnému zastaveniu, preto je potrebné pravidelne kontrolovať zloženie surovín. Šesťdesiatpercentný obsah metánu robí z bioplynu cenné palivo. Metán je bezfarebný a bez zápachu, ľahší ako vzduch a netoxický. Pri jeho spaľovaní vzniká vodná para a oxid uhličitý. V jednostupňových bioplynových staniciach sa rozklad surovín uskutočňuje v jednom fermentore, preto je bioplyn zmesou plynov. Dvojstupňové inštalácie umožňujú v prvom stupni odstraňovať nevýznamné plyny a v druhom získavať plyn s vysokým percentom metánu (viac ako sedemdesiat percent).

Okrem metánu a oxidu uhličitého obsahuje biologický plyn sírovodík, ktorý má agresívny účinok na zariadenia, fľaše a horáky. Agresívny je aj chlór a fluór. Preto nie je poskytnutá technológia na odstraňovanie sírovodíka a uhľovodíkov obsahujúcich halogény. Biologický plyn bez síry nemá prakticky žiadny charakteristický zápach. A neprítomnosť uhľovodíkov obsahujúcich chlór a fluór spôsobuje, že plyn je menej agresívny. Na prepravu bioplynu je vhodné ho stlačiť alebo skvapalniť. Pred skvapalnením alebo kompresiou sa plyn úplne očistí od nečistôt, sírovodíka a oxidu uhličitého.

Zloženie bioplynu umožňuje jeho využitie ako netradičný zdroj energie a jeho produkcia zabraňuje zvyšovaniu obsahu metánu v atmosfére, čo je dôležité z hľadiska životného prostredia.

Pekný deň všetkým! Tento príspevok pokračuje v téme alternatívnej energie pre vás. V ňom vám poviem o bioplyne a jeho využití na vykurovanie domácnosti a varenie. Táto téma je najzaujímavejšia pre farmárov, ktorí majú prístup k rôznym surovinám na získanie tohto typu paliva. Poďme najprv pochopiť, čo je bioplyn a odkiaľ pochádza.

Odkiaľ pochádza bioplyn a z čoho pozostáva?

Bioplyn je horľavý plyn, ktorý vzniká ako produkt životnej činnosti mikroorganizmov v živnom médiu. Touto živnou pôdou môže byť hnoj alebo siláž, ktorá je umiestnená v špeciálnom bunkri. V tomto bunkri, nazývanom reaktor, vzniká bioplyn. Vnútro reaktora bude usporiadané nasledovne:

Aby sa urýchlil proces fermentácie biomasy, je potrebné ju zahriať. Na tento účel je možné použiť vykurovacie teleso alebo výmenník tepla pripojený k akémukoľvek vykurovaciemu kotlu. Netreba zabúdať ani na dobrú tepelnú izoláciu, aby sme sa vyhli zbytočným nákladom na energie na vykurovanie. Okrem zahrievania treba kvasnú hmotu miešať. Bez toho môže byť účinnosť inštalácie výrazne znížená. Miešanie môže byť manuálne alebo mechanické. Všetko závisí od rozpočtu alebo dostupných technických prostriedkov. Najdôležitejšia vec v reaktore je objem! Malý reaktor jednoducho fyzicky nedokáže vyprodukovať veľké množstvo plynu.

Chemické zloženie plynu silne závisí od toho, aké procesy prebiehajú v reaktore. Najčastejšie tam prebieha proces fermentácie metánu, pri ktorom vzniká plyn s vysokým percentom metánu. Ale namiesto fermentácie metánu môže dobre nastať proces s tvorbou vodíka. Ale podľa môjho názoru nie je vodík pre bežného spotrebiteľa potrebný a môže byť dokonca nebezpečný. Stačí si spomenúť na smrť vzducholode Hindenburg. Teraz poďme zistiť, z čoho možno bioplyn získať.

Z čoho môžete získať bioplyn?

Plyn možno vyrábať z rôznych druhov biomasy. Uveďme ich vo forme zoznamu:

• Odpad z výroby potravín – môže to byť odpad z jatočnej alebo mliečnej výroby. Vhodný odpad z výroby slnečnicového alebo bavlníkového oleja. Toto nie je úplný zoznam, ale na vyjadrenie podstaty to stačí. Tento druh suroviny produkuje najvyšší obsah metánu v plyne (až 85 %).
• Poľnohospodárske plodiny – v niektorých prípadoch sa na výrobu plynu pestujú špeciálne druhy rastlín. Hodí sa na to napríklad silážna kukurica alebo morské riasy. Percento obsahu metánu v plyne sa pohybuje okolo 70 %.
• Hnoj sa najčastejšie používa na veľkochovoch hospodárskych zvierat. Percento metánu v plyne pri použití hnoja ako suroviny zvyčajne nepresahuje 60% a zvyšok bude tvoriť oxid uhličitý a pomerne málo sírovodíka a amoniaku.

Bloková schéma zariadenia na bioplyn.

Aby sme čo najlepšie pochopili, ako funguje bioplynová stanica, pozrime sa na nasledujúci obrázok:

O dizajne bioreaktora sme hovorili vyššie, takže o ňom nebudeme hovoriť. Pozrime sa na ďalšie komponenty inštalácie:

• Zásobník odpadu je druh kontajnera, do ktorého v prvej fáze spadajú suroviny. V ňom je možné suroviny zmiešať s vodou a rozdrviť.
• Čerpadlo (za zberačom odpadu) je fekálne čerpadlo, pomocou ktorého sa do reaktora čerpá biomasa.
• Kotol je vykurovací kotol využívajúci akékoľvek palivo, určený na ohrev biomasy vo vnútri reaktora.
• Čerpadlo (vedľa kotla) je obehové čerpadlo.
• „Hnojivo“ je nádoba, do ktorej padá fermentovaný kal. Ako je zrejmé z kontextu, možno ho použiť ako hnojivo.
• Filter je zariadenie, v ktorom sa bioplyn uvádza do stavu. Filter odstraňuje prebytočné plyny a vlhkosť.
• Kompresor - stláča plyn.
• Zásobník plynu je utesnená nádrž, v ktorej možno skladovať plyn pripravený na použitie tak dlho, ako si želáte.

Bioplyn pre súkromný dom.

Mnohí majitelia malých fariem uvažujú o využití bioplynu pre vnútornú potrebu. Ale keď ste sa podrobnejšie dozvedeli, ako to všetko funguje, väčšina túto myšlienku opúšťa. Je to spôsobené tým, že zariadenia na spracovanie hnoja alebo siláže stoja veľa peňazí a výstup plynu (v závislosti od suroviny) môže byť malý. To zase robí inštaláciu zariadenia nerentabilnou. Poľnohospodári zvyčajne inštalujú primitívne zariadenia, ktoré bežia na hnoji pre súkromné ​​domy. Najčastejšie sú schopní zabezpečiť len plyn pre kuchyňu a nástenný plynový kotol s nízkym výkonom. Zároveň bude potrebné vynaložiť veľa energie na samotný technologický proces - na vykurovanie, čerpanie, prevádzku kompresora. Zo zobrazenia nemožno vylúčiť ani drahé filtre.

Vo všeobecnosti platí toto: čím väčšia je samotná inštalácia, tým ziskovejšia je jej prevádzka. Ale v domácich podmienkach je to takmer vždy nemožné. Ale to neznamená, že nikto nerobí domáce inštalácie. Navrhujem, aby ste si pozreli nasledujúce video, aby ste videli, ako to vyzerá s použitím odpadových materiálov:

Zhrnutie.

Bioplyn je vynikajúci spôsob, ako užitočne recyklovať organický odpad. Výstupom je palivo a užitočné hnojivo vo forme fermentovaného kalu. Táto technológia funguje tým efektívnejšie, čím je väčší objem spracovávaných surovín. Moderné technológie umožňujú výrazne zvýšiť produkciu plynu pomocou špeciálnych katalyzátorov a mikroorganizmov. Hlavnou nevýhodou toho všetkého je vysoká cena jedného kubického metra. Pre bežných ľudí bude často oveľa lacnejšie nakupovať plyn vo fľašiach ako postaviť čističku odpadu. Ale samozrejme existujú výnimky zo všetkých pravidiel, takže pred rozhodnutím o prechode na bioplyn sa oplatí vypočítať cenu za meter kubický a dobu návratnosti. To je zatiaľ všetko, otázky píšte do komentárov

nové inštalácie. Alemani, ktorí obývali mokrade v povodí Labe, si predstavovali Drakov v naplavenom dreve v močiari. Verili, že horľavý plyn, ktorý sa hromadí v jamách v močiaroch, je páchnuci dych Draka. Na upokojenie Draka sa obete a zvyšky jedla hádzali do močiara. Ľudia verili, že Drak prichádza v noci a jeho dych zostáva v jamách. Alemani prišli s nápadom šiť markízy z kože, pokryť nimi močiar, odviesť plyn cez kožené potrubia do svojho domu a spáliť ho na varenie. Je to pochopiteľné, pretože suché palivové drevo bolo ťažké nájsť a bahenný plyn (bioplyn) dokonale vyriešil problém.Ľudstvo sa naučilo používať bioplyn už dávno. V Číne siaha jeho história 5 tisíc rokov dozadu, v Indii - 2 tisíc rokov.

Charakter biologického procesu rozkladu organických látok za vzniku metánu sa za posledné tisícročia nezmenil. Moderná veda a technika však vytvorili zariadenia a systémy, vďaka ktorým sú tieto „starobylé“ technológie nákladovo efektívne a so širokým rozsahom aplikácií.

Bioplyn- plyn vyrobený metánovou fermentáciou biomasy. K rozkladu biomasy dochádza pod vplyvom troch druhov baktérií.

Bioplynová stanica– zariadenie na výrobu bioplynu a iných cenných vedľajších produktov pri spracovaní odpadov z poľnohospodárskej výroby, potravinárstva a komunálnych služieb.

Výroba bioplynu z organického odpadu má tieto pozitívne vlastnosti:

• vykonáva sa sanitárne čistenie odpadových vôd (najmä hospodárskych a komunálnych odpadových vôd), obsah organických látok sa znižuje až 10-krát;
• anaeróbne spracovanie odpadu z hospodárskych zvierat, rastlinného odpadu a aktivovaného kalu umožňuje získať hotové minerálne hnojivá s vysokým obsahom dusíkatých a fosforových zložiek (na rozdiel od tradičných spôsobov prípravy organických hnojív kompostovacími metódami, ktoré strácajú až 30-40 % dusíka);
• pri metánovej fermentácii je vysoká (80-90%) účinnosť premeny energie organických látok na bioplyn;
• Bioplyn možno s vysokou účinnosťou využívať na výrobu tepla a elektriny, ako aj paliva pre spaľovacie motory;
• bioplynové stanice môžu byť umiestnené v ktoromkoľvek regióne krajiny a nevyžadujú výstavbu drahých plynovodov a komplexnú infraštruktúru;
• bioplynové stanice môžu čiastočne alebo úplne nahradiť zastarané regionálne kotolne a zásobovať elektrinou a teplom blízke obce, mestá a malé mestá.

Výhody, ktoré získa majiteľ bioplynovej stanice

Priamy

• produkcia bioplynu (metánu).
• výroba elektriny a tepla
• výroba ekologických hnojív

Nepriame

• nezávislosť od centralizovaných sietí, tarify prirodzených monopolov, úplná sebestačnosť elektriny a tepla
• riešenie všetkých environmentálnych problémov podniku
• výrazné zníženie nákladov na zakopanie, odvoz a likvidáciu odpadu
• možnosť vlastnej výroby motorového paliva
• zníženie osobných nákladov

Výroba bioplynu pomáha predchádzať emisiám metánu do atmosféry. Metán má skleníkový efekt 21-krát väčší ako CO2 a zostáva v atmosfére 12 rokov. Zachytávanie metánu je najlepší krátkodobý spôsob, ako zabrániť globálnemu otepľovaniu.

Spracovaný hnoj, výpalky a iný odpad sa používajú ako hnojivo v poľnohospodárstve. Tým sa znižuje používanie chemických hnojív a znižuje sa zaťaženie podzemných vôd.

Bioplyn sa používa ako palivo na výrobu elektriny, tepla alebo pary alebo ako palivo pre vozidlá.

Bioplynové stanice môžu byť inštalované ako čističky odpadových vôd na farmách, hydinárňach, liehovaroch, cukrovaroch a mäsokombinátoch. Bioplynová stanica môže nahradiť veterinárnu a hygienickú stanicu, t. j. zdochlinu možno recyklovať na bioplyn namiesto výroby mäsovej a kostnej múčky.

Spomedzi industrializovaných krajín patrí popredné miesto v produkcii a využití bioplynu z hľadiska relatívnych ukazovateľov Dánsku - bioplyn zaberá v jeho celkovej energetickej bilancii až 18 %. V absolútnom vyjadrení je Nemecko na poprednom mieste v počte stredných a veľkých inštalácií - 8 000 tisíc kusov. V západnej Európe je najmenej polovica všetkých chovov hydiny vykurovaná bioplynom.

V Indii, Vietname, Nepále a ďalších krajinách sa budujú malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vytvorený sa používa na varenie.

Najväčší počet malých bioplynových staníc sa nachádza v Číne – viac ako 10 miliónov (koncom 90. rokov). Produkujú asi 7 miliárd m³ bioplynu ročne, čo poskytuje palivo pre približne 60 miliónov farmárov. Na konci roku 2006 už v Číne fungovalo asi 18 miliónov bioplynových staníc. Ich použitie umožňuje nahradiť 10,9 milióna ton ekvivalentu paliva.

Volvo a Scania vyrábajú autobusy s motormi na bioplyn. Takéto autobusy sa aktívne používajú v mestách Švajčiarska: Bern, Bazilej, Ženeva, Luzern a Lausanne. Podľa predpovedí Švajčiarskej asociácie plynárenského priemyslu bude do roku 2010 10 % švajčiarskych vozidiel jazdiť na bioplyn.

Začiatkom roka 2009 samospráva Oslo prešla 80 mestských autobusov na bioplyn. Náklady na bioplyn sú 0,4 – 0,5 EUR za liter v ekvivalente benzínu. Po úspešnom ukončení testov bude 400 autobusov prerobených na bioplyn.

Potenciál

Rusko ročne nahromadí až 300 miliónov ton suchého ekvivalentného organického odpadu: 250 miliónov ton v poľnohospodárskej výrobe, 50 miliónov ton vo forme odpadu z domácností. Tieto odpady môžu byť použité ako suroviny na výrobu bioplynu. Potenciálny objem vyprodukovaného bioplynu ročne by mohol byť 90 miliárd m³.

V Spojených štátoch amerických sa chová približne 8,5 milióna kráv. Bioplyn vyrobený z ich hnoja bude stačiť na pohon 1 milióna áut.

Potenciál nemeckého bioplynového priemyslu sa odhaduje na 100 miliárd kWh energie do roku 2030, čo bude predstavovať asi 10 % spotreby energie krajiny.

K 1. februáru 2009 je na Ukrajine v prevádzke av štádiu uvádzania do prevádzky 8 zariadení agrokomplexu na výrobu bioplynu. Ďalších 15 projektov bioplynových staníc je v štádiu vývoja. Najmä v rokoch 2009-2010. plánuje sa zavedenie výroby bioplynu v 10 liehovaroch, čo umožní podnikom znížiť spotrebu zemného plynu o 40 %.

Na základe materiálov